JP3396354B2 - 塗布液塗布方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ、フ
ォトマスク用のガラス基板、液晶表示装置用のガラス基
板、光ディスク用の基板などの基板にフォトレジスト液
などの塗布液を塗布する方法に係り、特に基板を所定の
回転数で低速回転させつつ、塗布液の供給開始命令の実
行に基づきその回転中心付近に塗布液を供給することに
よって塗布液を基板の表面に拡げ、その後基板を所定の
回転数で高速回転させることによって基板表面に所望膜
厚の塗布被膜を形成する技術に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来のこの種の塗布液塗布方法につい
て、図９に示す装置を例に採って説明する。この図は、
回転式基板塗布装置の要部を示し、この装置は基板Ｗを
ほぼ水平姿勢で吸引支持して回転させるスピンチャック
１と、そのほぼ回転中心の上方に、塗布液であるフォト
レジスト液Ｒを基板Ｗの表面に供給するための吐出ノズ
ル５を備えている。 【０００３】このように構成された装置では、図１０の
タイムチャートに示すように回転数の制御を行なって基
板Ｗの表面に所望の膜厚のフォトレジスト被膜を得るよ
うになっている。 【０００４】すなわち、まず、スピンチャック１を図示
しないモータによって回転駆動して、基板Ｗを所定の回
転数Ｒ１（例えば９００ｒｐｍ）で回転させる。その回
転が安定した時点で、吐出ノズル５からほぼ一定の流量
でフォトレジスト液Ｒを吐出させ始め（図１０中の符号
ｔ_S ）、基板Ｗの回転中心付近にフォトレジスト液Ｒを
供給し続ける。そしてフォトレジスト液Ｒの供給開始時
点ｔ_S から所定時間経過した時点（図１０中の符号
ｔ_E ）でフォトレジスト液Ｒの供給を停止する。その
後、スピンチャック１の回転数を、現在の回転数Ｒ１よ
りも高い回転数Ｒ２（例えば３，０００ｒｐｍ）に上げ
て所定時間これを保つことによって、基板Ｗの表面に供
給された余剰のフォトレジスト液Ｒを振り切り、基板Ｗ
の表面に所望する膜厚のフォトレジスト被膜を形成する
ようになっている。 【０００５】上述したような従来の方法においては、図
１１（ａ）〜図１１（ｆ）の模式図に示すようなフォト
レジスト液Ｒの挙動によってフォトレジスト被膜が形成
される。なお、これらの図では、簡略的に基板Ｗを円で
示し、フォトレジスト液Ｒをハッチングした領域で示
し、各図における基板Ｗの回転数を矢印の大きさで模式
的に示している。 【０００６】まず、基板Ｗを回転数Ｒ１で低速回転させ
つつ基板Ｗの表面にフォトレジスト液Ｒを供給し始めた
直後の状態では、フォトレジスト液Ｒは平面視で円形状
の塊Ｒ_a （以下、これをコアＲ_a と称する）となって基
板Ｗの回転中心付近にある。さらにフォトレジスト液Ｒ
を供給し続けると、このコアＲ_a の径は回転に伴う遠心
力が作用してほぼ円形状を保ったまま基板Ｗの周縁に向
かって同心円状に拡がってゆく。 【０００７】コアＲ_a は暫くの間（数秒間）は円形状を
保っているが、その後に大きく形を変えてゆく。具体的
には、この円形状のコアＲ_a の外周部から基板Ｗの周縁
部に向かって多数の細長いフォトレジスト液Ｒ_b の流れ
（以下、これをヒゲＲ_b と称する）が放射状に伸び始め
る（図１１（ａ））。この多数のヒゲＲ_b は、遠心力に
よってコアＲ_a の径の拡大とともに基板Ｗの周縁部に向
かって伸び続けるが、ヒゲＲ_b はコアＲ_a に比べてその
回転半径が大きく、そのために遠心力が大きく加わるの
で、コアＲ_a の径の拡大よりも速く基板Ｗの周縁部に向
かって伸びることになる（図１１（ｂ））。 【０００８】さらに基板Ｗの回転を回転数Ｒ１で続ける
（このときフォトレジスト液Ｒも供給され続けている）
と、多数のヒゲＲ_b の先端部は、基板Ｗの周縁部に到達
する（図１１（ｃ））。このように多数のヒゲＲ_b が基
板Ｗの周縁部に到達すると、フォトレジスト液Ｒはコア
Ｒ_a からヒゲＲ_b を通って基板Ｗの周縁部に達して飛散
（飛散フォトレジスト液Ｒ_c ）する。さらにコアＲ_a の
径が大きくなるとともにヒゲＲ_b の幅が拡がる（図１１
（ｃ）中の二点鎖線と図１１（ｄ））ことによって、フ
ォトレジスト液Ｒで覆われていないヒゲＲ_b 間の領域が
次第に少なくなって基板Ｗの表面全体がフォトレジスト
液Ｒ（コアＲ_a ，ヒゲＲ_b ）によって覆われる（図１１
（ｅ））。なお、この時点において吐出ノズル５からの
フォトレジスト液Ｒの吐出を停止する（図１０中の符号
ｔ_E ）ように予め時間設定されている。 【０００９】以上のように、フォトレジスト液Ｒで基板
Ｗの表面全体を覆った後に、基板Ｗの回転数を、現在の
回転数Ｒ１よりも高い回転数Ｒ２として、基板Ｗの表面
を覆っているフォトレジスト液Ｒの余剰分（余剰フォト
レジスト液Ｒ_d ）を振り切ることによって、基板Ｗの表
面に所望の膜厚のフォトレジスト被膜Ｒ’を形成する
（図１１（ｆ））。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の方法には、次のような問題点がある。すなわ
ち、図１１（ｃ）に示すように、多数のヒゲＲ_b が基板
Ｗの周縁部に到達すると、これ以降供給されるフォトレ
ジスト液Ｒの大部分は、コアＲ_a からヒゲＲ_b を通って
基板Ｗの周囲に放出されて飛散する（飛散フォトレジス
ト液Ｒ_c）ことになる。したがって、基板Ｗの表面全体
がフォトレジスト液Ｒによって覆われるまでに大量のフ
ォトレジスト液Ｒを供給する必要があり、フォトレジス
ト液の使用量が極めて多くなるという問題点がある。つ
まり、所望膜厚のフォトレジスト被膜Ｒ’を得る際のフ
ォトレジスト液Ｒの利用効率が極めて低いという問題点
がある。因みに、このフォトレジスト液などの塗布液
は、現像液やリンス液などの処理液に比較して非常に高
価であるので、飛散する不要な塗布液の量を少なくする
ことは半導体装置等の製造コストを低減する上で非常に
重要な課題である。 【００１１】このような課題を以下のように基板Ｗの回
転数を制御することによって解決するという提案がなさ
れている（特願平７−１７４１２７号）。すなわち、図
１１（ｅ）のように、低速の回転数Ｒ１によって基板Ｗ
の表面全体がフォトレジスト液Ｒで覆われる前に基板Ｗ
の回転数を上げてゆくようにしたり、あるいは、図１１
（ａ）のようにフォトレジスト液Ｒが基板Ｗの表面に到
達した時点から、図１１（ｃ）のようにヒゲＲ_b が基板
Ｗの周縁部に到達する前に、基板Ｗの回転数を上げてゆ
くようにする。このように回転数を制御することによ
り、基板Ｗの周縁部に向かって伸長している多数のヒゲ
Ｒ_b に対して、基板Ｗの周方向に慣性力（回転方向とは
逆方向）を与えることができる。したがって、この慣性
力を受けたヒゲＲ_b は回転方向とは逆方向にその幅を拡
げられるので、コアＲ_a の径の拡大とともに〔ヒゲＲ_b
が基板Ｗの周縁部に到達するまでに〕ヒゲＲ_b 間の隙間
が急速に狭まり、塗布液が基板Ｗの表面全体を覆うまで
の時間（被覆所要時間）を短縮することができる。その
結果、ヒゲＲ_b が基板Ｗの周縁部に到達してからフォト
レジスト液Ｒの供給が停止されるまでの時間が短くなっ
て、飛散フォトレジスト液Ｒ_c の量が少なくなるので、
所望膜厚のフォトレジスト被膜Ｒ’を得るのに要するフ
ォトレジスト液Ｒの量を少なくすることができる。因み
に、フォトレジスト液Ｒが基板Ｗの表面に到達（図１１
（ａ）の状態）してからヒゲＲ_b が周縁部に到達するま
で（図１１（ｃ）の状態に至る前）の時間（以下、到達
時間と称する）は、８インチサイズの基板Ｗを２，００
０ｒｐｍで回転させた場合の実験においては０．５秒程
度であることが実験によって判明している。 【００１２】ところで、吐出ノズル５からのフォトレジ
スト液Ｒの吐出制御は、図示しない制御部によって塗布
処理条件を記載した処理プログラム（スピンコートプロ
グラムとも呼ばれる）が実行されることによって行なわ
れており、このプログラムに含まれる供給開始命令が実
行されてから基板Ｗにフォトレジスト液Ｒが吐出され、
供給停止命令が実行されてから吐出が停止されるように
なっている。しかし、吐出ノズル５からフォトレジスト
液Ｒを吐出させる機構（図示せず）は、例えば、フォト
レジスト液を吐出ノズル５内に送り込むベローズポンプ
を動作させるためのエアシリンダや、吐出ノズル５内の
フォトレジスト液を引き戻すサックバックバルブを含ん
でいるので、制御部により供給開始命令が実行されてか
ら実際にフォトレジスト液Ｒが基板Ｗの表面に到達する
までの時間と、供給停止命令が実行されてから実際にフ
ォトレジスト液Ｒが基板Ｗに供給されなくなるまでの時
間とに遅れ時間（開始遅れ時間および停止遅れ時間）が
生じる。 【００１３】一般的に、上記の吐出に係る機構は、クリ
ーンルーム内のユーティリティの１つである加圧空気源
からの加圧空気を利用しているが、この加圧空気源はク
リーンルーム内の他の装置によっても利用されている関
係上、それらの利用状況によって加圧空気の圧力が時間
的に変動する。さらに、エアシリンダおよびサックバッ
クバルブは、加圧空気の導入／排出を調整するための機
構（例えば、速度制御弁）を備えているので、その調整
度合いによっても上記開始遅れ時間および上記停止遅れ
時間が変動することになる。 【００１４】上述したような提案されている塗布方法を
用いて、ヒゲＲ_b の幅を周方向に拡げて飛散フォトレジ
スト液Ｒ_c の量を少なくするためには、フォトレジスト
液Ｒが基板Ｗの表面に到達してから上記到達時間以内
（約０．５秒）に回転数を上げる必要があるが、実際に
基板Ｗ表面にフォトレジスト液Ｒが到達する時間は、上
記開始遅れ時間に伴って変動するものであるので、上記
の到達時間内において回転数を上げることができない場
合がある。例えば、供給開始命令とほぼ同時に回転数を
上げるようにしたとすると、上記の開始遅れ時間の存在
により、回転数を上げ終わった時点において塗布液が基
板表面に供給される場合があり、この場合にはヒゲＲ_b
に対して慣性力を与えることができないことになる。ま
た、上記の開始遅れ時間を予め測定しておき、供給開始
命令の後、その開始遅れ時間だけ経過した時点に回転数
を上げるようにしたとしても、開始遅れ時間は上述した
ように変動するものであるので、ヒゲＲ_b に対して確実
に慣性力を与えられるとは限らない。その結果、上記の
ように提案されている塗布方法では、塗布液の吐出タイ
ミングのずれによってフォトレジスト液の量を少なくす
ることができない場合があるという問題点がある。 【００１５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、回転数制御を工夫することによって、
所望膜厚の塗布被膜を得るために供給する塗布液の量を
極めて少なくすることができ、かつ、塗布液の吐出タイ
ミングのずれに起因する悪影響を回避することができる
塗布液塗布方法を提供することを目的とする。 【００１６】 【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、基板を所定の回転数で低速回転させつつ、塗布液の
供給開始命令の実行に基づきその回転中心付近に塗布液
を供給することによって塗布液を基板の表面に拡げ、そ
の後基板を所定の回転数で高速回転させることによって
基板表面に所望膜厚の塗布被膜を形成する塗布液塗布方
法において、前記供給開始命令が実行された時点から前
記所定の回転数で基板を高速回転させるまでの間であっ
て、かつ塗布液が基板表面全体を覆う前に、基板の回転
数を上昇および下降させる回転数昇降過程を複数回含む
ことを特徴とするものである。 【００１７】 【作用】本発明の作用は次のとおりである。基板を所定
の回転数で低速回転させつつ、塗布液の供給開始命令の
実行に基づきその回転中心付近に塗布液を供給するが、
供給開始命令が実行された時点から実際に基板表面に塗
布液が到達するには上記開始遅れ時間だけ遅れることに
なる。しかも、この開始遅れ時間はユーティリティであ
る加圧空気源の圧力変動や、吐出に係る機構の調整度合
いによって変動するものであるので、供給開始命令が実
行された時点からどのくらい遅れて実際に塗布液が基板
表面に供給されるのかは不明である。そこで、供給開始
命令が実行された時点から、所定の回転数で基板を高速
回転させるまでの間であって、かつ塗布液が基板表面全
体を覆う前に、基板の回転数を上昇および下降させる回
転数昇降過程を複数回行なうようにする。すると、上述
した到達時間内に、少なくとも複数回の回転数昇降過程
のうちの１つの過程が存在することになって、周縁部に
向かう多数の細長い塗布液の流れ（上記ヒゲＲb ）に対
して、確実に周方向に慣性力を与えることができる。 【００１８】このように基板の回転数を上昇および下降
させる回転数昇降過程により、塗布液は、図８の模式図
に示すような挙動をする。まず、従来例のように回転数
が低速の回転数Ｒ１のままの場合は、図８中にハッチン
グで示す領域コアＲ_a ／ヒゲＲ_b の状態から、二点鎖線
で示すようにコアＲ_a ／ヒゲＲ_b が基板Ｗの周縁部に向
かって遠心力によって拡大／伸長するが、ここで回転数
を上昇／下降させる（加速してゆく／減速してゆく）
と、ヒゲＲ_bに慣性力、つまり、まずは回転方向とは逆
方向の慣性力が作用し、続いて、回転方向と同方向の慣
性力が作用する。したがって、まずは、遠心力および回
転方向と逆方向の慣性力との合力により、ヒゲＲ_b は回
転方向とは逆方向の周方向に曲げられ、続いて遠心力お
よび回転方向と同方向の慣性力との合力により、ヒゲＲ
_b は回転方向の周方向に曲げられるように、ヒゲＲ_b を
中心として左右にほぼ同じだけその幅が拡大するととも
に、遠心力によってその先端部が周縁部に向かって伸長
し、コアＲ_a の径も拡大することになる（図８中に点線
で示す）。 【００１９】その結果、ヒゲＲ_b は基板Ｗの周縁部に向
かって伸長するだけでなく、周方向にもその幅を拡大す
るので、ヒゲＲ_b が基板Ｗの周縁部に到達するまでにヒ
ゲＲ_b 間の隙間が急速に狭まり、塗布液が基板Ｗの表面
全体を覆うまでの時間（被覆所要時間）を短縮すること
ができる。被覆所要時間が短いということは、塗布液の
供給を開始してから、塗布液が基板Ｗの表面全体を覆っ
て塗布液の供給が停止されるまでの時間が短いことを意
味する。換言すれば、ヒゲＲ_b が基板Ｗの周縁部に到達
してから塗布液の供給が停止されるまでの時間が短くな
り、それだけヒゲＲ_b を通って基板Ｗの周縁部から飛散
する塗布液の量が少なくなるので、所望膜厚の塗布被膜
を得るのに要する塗布液の量を少なくすることができ
る。さらに、上述したように、到達時間内に、少なくと
も複数回の回転数昇降過程のうちの１つの過程が存在す
ることになるので、開始遅れ時間が変動したとしても、
ヒゲＲ_b に対して確実に周方向に慣性力を与えることが
できる。 【００２０】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。図１は、本発明方法に基づく回転数
制御を行なう回転式基板塗布装置（スピンコータとも呼
ばれる）を示す縦断面図である。 【００２１】図中、符号１はスピンチャックであり、基
板Ｗをほぼ水平姿勢で吸着保持するものである。このス
ピンチャック１は回転軸２を介して電動モータ３によっ
て回転駆動される。スピンチャック１に吸着保持された
基板Ｗは、その回転によってほぼ水平姿勢で回転中心Ｐ
回りに回転される。なお、電動モータ３の回転制御は後
述する制御部２０により行なわれる。 【００２２】スピンチャック１の周囲には、塗布液の一
例であるフォトレジスト液や基板Ｗの裏面を洗浄する洗
浄液などの飛散を防止するための飛散防止カップ４が配
設されている。また、図示しない搬送機構が未処理の基
板Ｗをスピンチャック１に載置、または、スピンチャッ
ク１から処理済みの基板Ｗを受け取る際には、図示しな
い昇降機構が回転軸２と飛散防止カップ４とを相対昇降
させることにより、スピンチャック１を飛散防止カップ
４の上方へと移動させる（図１に二点鎖線で示す状
態）。 【００２３】飛散防止カップ４の外側には、搬入された
基板Ｗ上の回転中心Ｐの上方に相当する供給位置と基板
Ｗ上から周囲に離れた待機位置との間で移動可能に構成
された吐出ノズル５が設けられている。吐出ノズル５
は、ノズル移動機構１０によって、上記の供給位置と待
機位置とにわたって移動されるようになっている。 【００２４】また、飛散防止カップ４内であって、基板
Ｗの下方の回転中心Ｐ側には、霧状のミストが基板Ｗ裏
面に付着したり、基板Ｗ表面の周縁部から裏面に回り込
んだ不要なフォトレジスト液を除去するために、洗浄液
を裏面に向けて噴出させるバックリンスノズル１１が設
けられている。このバックリンスノズル１１からの洗浄
液の噴出は、後述する制御部２０により制御されるよう
になっている。 【００２５】吐出ノズル５は、供給管１２に接続されて
おり、この供給管１２と、サックバックバルブ１３と、
ベローズポンプ１４と、逆止弁１５とを介してフォトレ
ジスト液を貯留している塗布液タンク１６に連通接続さ
れている。サックバックバルブ１３は、クリーンルーム
内に導入されているユーティリティーの１つである加圧
空気源により圧空を送り込まれることにより動作され、
この動作により吐出ノズル５の先端内部に貯留している
フォトレジスト液を僅かに引き戻して、いわゆるぼた落
ちを防止したり、吐出ノズル５の先端部から露出してい
るフォトレジスト液の固化を防止するものである。サッ
クバックバルブ１３は、送り込まれた圧空を排出される
ことにより非動作、つまり、吐出ノズル５内のフォトレ
ジスト液の引き戻しを解除する。このサックバックバル
ブ１３の動作／非動作は、制御部２０からの電気信号に
応じて行なわれるようになっている。なお、サックバッ
クバルブ１３の動作／非動作は、その引き戻し圧力など
が調整可能になっている。したがって、その調整度合い
や加圧空気源の圧力により、電気信号を入力されてから
フォトレジスト液の引き戻し動作や解除動作となる動作
速度が変動するものである。 【００２６】ベローズポンプ１４は、複動式エアシリン
ダ１７に連動して動作し、塗布液タンク１６内のフォト
レジスト液を供給管１２に送り込むものである。この送
り込み動作により生じるフォトレジスト液の塗布液タン
ク１６内への逆流を防止するのが、逆止弁１５である。
複動式エアシリンダ１７は、速度制御弁１８を介して加
圧空気源によって動作するものであり、そのピストン１
７ａにより仕切られた２つの空間に速度制御弁１８ａ，
１８ｂを介してそれぞれ圧空が導入されたり排出された
りすることにより動作する。速度制御弁１８は、手動に
よる調整によって、加圧空気源からの圧空導入速度や複
動式エアシリンダ１７からの圧空排出速度が調整される
ようになっており、この調整度合いや加圧空気源の圧力
により、複動式エアシリンダ１７の動作速度が調整さ
れ、その結果、ベローズポンプ１４の動作、すなわち、
吐出ノズル５からフォトレジスト液が供給／停止される
までの速度が調整される。 【００２７】制御部２０は、図示しないメモリを内蔵し
ており、メモリには後述するような〔予め作成された〕
スピンコートプログラムなどが記憶されている。制御部
２０は、このスピンコートプログラムに含まれている各
命令を順次に実行するようになっている。 【００２８】次に、図２のタイムチャートを参照しつ
つ、上記のように構成されている装置の動作について説
明する。なお、処理対象である基板Ｗは、既に図示しな
い基板搬送機構によりスピンチャック１に載置されて吸
着保持されているものとし、吐出ノズル５は既にノズル
移動機構１０により供給位置に移動されて、その先端部
が基板Ｗのほぼ回転中心Ｐの上方に移動されているもの
とする。また、図２のタイムチャートでは、説明の便宜
上省略しているが、基板Ｗの裏面に回り込んだフォトレ
ジスト液やそのミストを除去するために、図１に示した
バックリンスノズル１１を介して洗浄液を裏面に向けて
噴出させるように命令を付加しておくのが好ましい。 【００２９】制御部２０は、スピンコートプログラムに
含まれる回転開始命令Ｉ₁ を実行する。この回転開始命
令Ｉ₁ は、例えば、時間ｔ₁ において電動モータ３の回
転が回転数Ｒ５（例えば、２，０００ｒｐｍ）に到達す
るように指示する命令であり、この命令に基づいて制御
部２０は電動モータ３の回転駆動を開始して、時間ｔ₁
以降その回転数Ｒ５を保持する。 【００３０】そして、時間Ｔ_S の時点において供給開始
命令Ｉ₂ を実行する。しかしながら、この時点では吐出
ノズル５からフォトレジスト液は吐出されない。これは
次のような一連の動作を経てフォトレジスト液が吐出さ
れるようになっているからである。すなわち、制御部２
０は、まず、サックバックバルブ１３の吸引動作を解除
するとともに、速度制御弁１８ａ，１８ｂを交互に動作
させて複動式エアシリンダ１７を動作させる。この動作
に伴ってベローズポンプ１４が繰り返し動作され、フォ
トレジスト液は吐出ノズル５から基板Ｗに供給される。
これらの一連の動作によって遅れ時間が生じて、実際に
基板Ｗにフォトレジスト液が到達するは、供給開始命令
Ｉ₂ が実行された時点Ｔ_S より開始遅れ時間Ｔ_DSだけ遅
れて時間ｔ_S （以下、実供給時間と称する）の時点とな
るものとする。なお、この開始遅れ時間Ｔ_DSは、上記の
一連の動作に起因して生じるものであるが、サックバッ
クバルブ１３の引き戻し動作に係る調節度合いや、速度
制御弁１８の圧空導入／排出に係る調節度合いによって
変動するものである。また、これらは、他の装置によっ
ても利用されている加圧空気源によって動作するもので
あり、それらの利用状況によって生ずる加圧空気源の圧
力変動によっても時間的に変動を生じるものである。 【００３１】制御部２０は、供給開始命令Ｉ₂ の実行時
点Ｔ_S から時間ｔ_a の経過後、電動モータ３の回転数
が、時間ｔ_U で回転数Ｒ５から回転数Ｒ６（例えば、
４，０００ｒｐｍ）に到達するように回転数を急激に上
昇させる。さらに、時間ｔ_D で回転数Ｒ６から回転数Ｒ
５に到達するように回転数を下降させる。なお、この例
では、上昇時間ｔ_U は下降時間ｔ_D よりも短く設定（ｔ
_U ＞ｔ_D ）されている。これらの値の一例としては、上
昇時間ｔ_U は０．１秒であり、下降時間ｔ_D は０．２秒
である。なお、この上昇時間ｔ_U および下降時間ｔ_D に
おける加減速の過程を第１の回転数昇降過程Ｐ₁ とす
る。この第１の回転数昇降過程Ｐ₁ は本発明における回
転数昇降過程に相当するものである。 【００３２】さらに、この第１の回転数昇降過程Ｐ₁ に
続けて、同様の回転数昇降過程を繰り返し行なう。すな
わち、第２の回転数昇降過程Ｐ₂ ，第３の回転数昇降過
程Ｐ₃ ，………，第ｎの回転数昇降過程Ｐ_n と行なう。 【００３３】そして、時間Ｔ_E において供給停止命令Ｉ
₃ を実行すると、制御部２０は、上記の吐出手順とは、
ほぼ逆の手順で各部を動作させてフォトレジスト液の吐
出を停止させる。すなわち、速度制御弁１８ａ，１８ｂ
を停止させて複動式エアシリンダ１７の動作を停止させ
ることによりベローズポンプ１４の動作を停止させると
ともに、サックバックバルブ１３を動作状態とすること
によって吐出ノズル５の内部に滞留するフォトレジスト
液を僅かに引き戻す。この停止供給命令Ｉ₃ が実行され
てから、実際に吐出ノズル５からのフォトレジスト液の
吐出が停止されるのは、上記の一連の動作により遅れ、
この例では、停止遅れ時間Ｔ_DEだけ遅れて時間ｔ_E にて
供給が実際に停止されるものとする。なお、供給停止命
令Ｉ₃ を実行する時間Ｔ_E は、基板Ｗにフォトレジスト
液Ｒを供給して基板Ｗの表面全体がフォトレジスト液Ｒ
によって覆われるまでの時間を実際に計測し、スピンコ
ートプログラムを作成する際に、この計測された時間に
なるように設定されるものである。 【００３４】そして、時間ｔ₂ において回転上昇命令Ｉ
₄ が実行されると、制御部２０は、時間ｔ₃ において電
動モータ３が回転数Ｒ７（例えば、３，０００ｒｐｍ）
に到達するように回転数を上昇させる。この回転数Ｒ７
は、フォトレジスト液の余剰分を基板Ｗの周囲に振り切
って所望膜厚に形成するためのものである。この回転数
Ｒ７での回転を時間ｔ₄ まで保持し、時間ｔ₄ において
回転停止命令Ｉ₅ を実行することにより、制御部２０は
時間ｔ₅ において回転数が『０』となるように電動モー
タ３を制御する。 【００３５】次に、上述した実供給時間ｔ_S における、
基板Ｗ上に供給されたフォトレジスト液の挙動につい
て、図３および図４の模式図を参照して説明する。な
お、これらの図では、基板Ｗの一部のみを模式的に示
し、図中にハッチングで示した領域はフォトレジスト液
Ｒを示す。また、基板Ｗの回転数の大小関係を基板Ｗの
外周部付近に矢印の大きさで示す。 【００３６】まず、基板Ｗにフォトレジスト液Ｒが吐出
ノズル５を介して供給された直後の時点、すなわち、実
供給時間ｔ_s の時点においては、図１１（ａ）に示すよ
うに、ほぼ円形状を保ったまま基板Ｗの中央付近にある
が、その直後に、コアＲ_a からはヒゲＲ_b が発生して、
基板Ｗの周縁部に向けて伸長し始める。このヒゲＲ_bが
伸長して基板Ｗの周縁部に到達するまでの時間（到達時
間）は、上述したように０．５秒程度の時間であり、こ
れを図中に時間ｔ_Z で示している。つまり、この実供給
時間ｔ_s から到達時間ｔ_Z の間に、ヒゲＲ_b に慣性力を
与える必要がある。 【００３７】ここでは、図２のタイムチャートに示すよ
うに、上記の実供給時間ｔ_S が、第３の回転数昇降過程
Ｐ₃ の上昇時間ｔ_U の時点になっているものとして、以
下にフォトレジスト液Ｒの挙動について説明する。 【００３８】図３の模式図を参照する。コアＲ_a から多
数のヒゲＲ_b が基板Ｗの周縁部に向かって伸長し始めて
いるが、このヒゲＲ_b は第３の回転数昇降過程Ｐ₃ の上
昇時間ｔ_U において、回転数Ｒ５からこれより高い回転
数Ｒ６へ回転数が上昇されるので、回転方向とは逆方向
に慣性力（図３（ａ）の点線で示す矢印）を受ける。こ
の慣性力と遠心力との合力によりヒゲＲ_b は、図中に点
線で示すように、回転方向とは逆方向の周方向にその幅
を拡大されるとともに、コアＲ_a はその径を拡大される
ことになる。さらに、上昇時間ｔ_U に続く下降時間ｔ_D
において、回転数Ｒ６からこれより低い回転数Ｒ５へ回
転数が下降されるので、回転方向と同方向に慣性力（図
３（ａ）の二点鎖線で示す矢印）を受ける。この慣性力
と遠心力との合力によりヒゲＲ_b は、図中に二点鎖線で
示すように、回転方向と同方向の周方向にその幅を拡大
されるとともに、コアＲ_a はその径を拡大されることに
なる。しかし、この例では下降時間ｔ_D が上昇時間ｔ_U
に比べて長く設定されているので、下降時間ｔ_D におい
て受ける慣性力は、上昇時間ｔ_U で受ける慣性力より小
さなものとなる。その結果、ヒゲＲ_b の周方向への幅の
拡がりは、下降時間ｔ_U に比較して上昇時間ｔ_U の方が
大きなものとなる。その結果、ヒゲＲ_b は回転方向とは
逆方向の周方向にやや曲げられる形でその幅を拡大され
る。 【００３９】このようにして、ヒゲＲ_b は、第３の回転
数昇降過程Ｐ₃ においてその幅を拡大され、さらに到達
時間ｔ_Z 内において、第４の回転数昇降過程Ｐ₄ におけ
る上昇時間ｔ_U と下降時間ｔ_D の一部の慣性力を受ける
ことにより、上記のように周方向へ幅を拡大される。 【００４０】そして、図３（ｂ）に示すように、幅を拡
大された多数のヒゲＲ_b の先端部が基板Ｗの周縁部に到
達すると、それらから基板Ｗの周囲にフォトレジスト液
Ｒが飛散する（飛散フォトレジスト液Ｒ_c ）。しかしな
がら、第３および第４の回転数昇降過程Ｐ₃ ，Ｐ₄ によ
りヒゲＲ_b が周方向に幅を拡大されているので、基板Ｗ
の周縁部に向かって拡大／伸長していくコアＲ_a ／ヒゲ
Ｒ_b が一体となって、フォトレジスト液Ｒによって基板
Ｗの表面全体が覆われるまでの時間が従来に比較して大
幅に短縮される（図４（ａ），（ｂ））。このようにし
て基板Ｗの表面全体がフォトレジスト液Ｒによって覆わ
れた時点が、上述したスピンコートプログラムの時間Ｔ
_E （供給停止命令Ｉ₃ の実行時）となるように設定され
ている。なお、実際には供給停止命令Ｉ₃ が実行された
後、停止遅れ時間Ｔ_DEが経過した時点において基板Ｗへ
のフォトレジスト液Ｒの供給が停止されることになる。 【００４１】そして、上述したように、時間ｔ₂ におい
て回転上昇命令Ｉ₄ を制御部２０が実行することによっ
て、基板Ｗの回転が回転数Ｒ７に上昇され、この回転数
Ｒ７を所定時間だけ保持することにより、基板Ｗの表面
全体を覆っているフォトレジスト液Ｒのうちの余剰分
（余剰フォトレジスト液Ｒ_d ）を振り切ることによっ
て、基板Ｗの表面全体に所望膜厚のフォトレジスト被膜
Ｒ’を形成することができる（図４（ｃ））。 【００４２】このように基板Ｗを低速回転させつつフォ
トレジスト液Ｒを供給し、基板Ｗの周縁部にヒゲＲ_b が
到達する時間（到達時間ｔ_Z ）内に、回転数を上昇／下
降させてヒゲＲ_b に慣性力を与えることにより、基板Ｗ
の表面がフォトレジスト液Ｒによって覆われるまでの時
間を短縮することができる。したがって、ヒゲＲ_b が基
板Ｗの周縁部に到達してから、フォトレジスト液Ｒの供
給が停止されるまでの時間が短くなるので、ヒゲＲ_b を
通して基板Ｗの周囲に放出・飛散するフォトレジスト液
Ｒの量を少なくすることができる。その結果、所望膜厚
のフォトレジスト被膜を得るために供給するフォトレジ
スト液Ｒの量を極めて少なくすることができる。 【００４３】次に、開始遅れ時間Ｔ_DSが変動した場合に
ついて説明する。なお、この開始遅れ時間Ｔ_DSの変動
は、上述したような種々の要因により上記実供給時間ｔ
_S を中心として、時間的な前方に時間Δａだけ、時間的
な後方に時間Δｂだけ変動するものとして説明する。実
際には、これらの範囲（（ｔ_S −Δａ）〜（ｔ_S ＋Δ
ｂ））内のどの位置に実供給時間ｔ_S がくるのかは不明
である。 【００４４】まず、時間的な前方に時間Δａだけずれた
場合、すなわち、加圧空気源の圧力が高まったり、速度
制御弁の調整度合いなどにより開始遅れ時間Ｔ_DSが時間
（Ｔ_DS−Δａ）となった場合、すなわち、フォトレジス
ト液Ｒの吐出タイミングが早まった場合について説明す
る。 【００４５】この場合、図２に示すように実供給時間ｔ
_S は時間Δａだけ早まった時間（ｔ_S −Δａ）となる。
このように開始遅れ時間Ｔ_DSが変動して早まったとして
も、時間（ｔ_S −Δａ）から到達時間（ｔ_Z ）の範囲内
に第１の回転数昇降過程Ｐ₁および第２の回転数昇降過
程Ｐ₂ の上昇時間ｔ_U があたることになる。したがっ
て、基板Ｗに供給されたフォトレジスト液ＲのコアＲ_a
から周縁部に向けて伸長し始めたヒゲＲ_b は、上述した
のと同様に周方向に慣性力を受けて幅を拡大されること
になり、基板Ｗの周縁部に向かって拡大／伸長していく
コアＲ_a ／ヒゲＲ_b が一体となって、フォトレジスト液
Ｒによって基板Ｗの表面全体が覆われるまでの時間が従
来に比較して大幅に短縮される。その結果、開始遅れ時
間Ｔ_DSが短くなる変動を生じ、実供給時間ｔ_S が早まっ
て時間（ｔ_S −Δａ）となる吐出タイミングのずれが生
じた場合であっても、所望膜厚のフォトレジスト被膜を
得るために供給するフォトレジスト液Ｒの量を極めて少
なくすることができる。 【００４６】次に、実供給時間ｔ_S よりも時間的な後方
に時間Δａだけずれた場合、すなわち、加圧空気源の圧
力が低下したり、速度制御弁の調整度合いなどにより開
始遅れ時間Ｔ_DSが時間（Ｔ_DS＋Δｂ）となった場合、す
なわち、吐出タイミングが遅延した場合について説明す
る。 【００４７】この場合、図２に示すように実供給時間ｔ
_S は時間Δｂだけ遅延した時間（ｔ_S ＋Δｂ）となる。
このように開始遅れ時間Ｔ_DSが変動して遅延したとして
も、時間（ｔ_S ＋Δｂ）から到達時間（ｔ_Z ）の範囲内
に第５の回転数昇降過程Ｐ₅および第６の回転数昇降過
程Ｐ₆ の下降時間ｔ_D があたることになる。したがっ
て、基板Ｗに供給されたフォトレジスト液ＲのコアＲ_a
から周縁部に向けて伸長し始めたヒゲＲ_b は、上記と同
様に周方向に慣性力を受けて幅を拡大されることにな
り、フォトレジスト液Ｒによって基板Ｗの表面全体が覆
われるまでの時間が従来に比較して大幅に短縮される。
したがって、開始遅れ時間Ｔ_DSが長くなる変動を生じ、
実供給時間ｔ_S が遅延して時間（ｔ_S ＋Δｂ）となった
場合であっても、所望膜厚のフォトレジスト被膜を得る
ために供給するフォトレジスト液Ｒの量を極めて少なく
することができる。 【００４８】なお、上記の説明においては、実供給時間
ｔ_S 、早まった実供給時間（ｔ_S −Δａ）、遅延した実
供給時間（ｔ_S ＋Δｂ）の３通りについて説明したが、
早まった実供給時間（ｔ_S −Δａ）ないし遅延した実供
給時間（ｔ_S ＋Δｂ）の範囲内の任意の時点に実供給時
間が変動した場合でも、その時点から到達時間ｔ_Z 内
に、第１の回転数昇降過程Ｐ₁ 〜第６の回転数昇降過程
Ｐ₆ のうちいずれか１つの回転数昇降過程が存在するこ
とになるので、吐出タイミングがずれたとしても確実に
ヒゲＲ_b に対して慣性力を与えて周方向にその幅を拡大
させることができる。したがって、所望膜厚のフォトレ
ジスト被膜を得るために供給するフォトレジスト液の量
を極めて少なくすることができ、かつ、フォトレジスト
液の吐出タイミングのずれに起因する影響を回避するこ
とができる。 【００４９】また、時間Δｂを越えるような変動が生じ
たとしても、回転上昇命令Ｉ₄ が実行される時間ｔ₂ に
至るまで回転数昇降過程を繰り返し行なっているので、
このような場合にも確実にヒゲＲ_b に対して慣性力を与
えることができる。 【００５０】なお、上記の説明においては、供給開始命
令Ｉ₂ が実行された時点Ｔ_S から、時間ｔ_a を経過した
時点において上述した複数回の回転数昇降過程Ｐ₁ 〜Ｐ
_n を開始しているが、これは供給開始命令Ｉ₂ と同時に
フォトレジスト液Ｒが吐出されることは上記の構成上有
り得ない、すなわち、開始遅れ時間Ｔ_DSに変動が生じた
としてもその値が『０』になることは有り得ないことに
基づいている。しかし、開始遅れ時間Ｔ_DSに変動が生じ
てその値が極めて『０』に近づく、すなわち、供給開始
命令Ｉ₂ とほぼ同時にフォトレジスト液Ｒが吐出される
ことがある場合には、供給命令Ｉ₂ の実行時点Ｔ_S から
複数回の回転数昇降過程Ｐ₁ 〜Ｐ_n を開始するようにし
てもよい。 【００５１】さらに、図２に示すように、複数回の回転
数昇降過程Ｐ₁ 〜Ｐ_n は、回転上昇命令Ｉ₄ の実行時点
ｔ₂ まで繰り返し行なうようにしているが、開始遅れ時
間Ｔ_DSに変動が生じたとしても、実供給時間ｔ_S が供給
停止命令Ｉ₃ の実行時点ｔ₃まで遅れるようなことは生
じ難いので、上記複数回の回転数昇降過程Ｐ₁ 〜Ｐ_nを
供給停止命令Ｉ₃ の実行時点Ｔ_E において停止するよう
にしてもよい。また、装置のフォトレジスト液吐出に係
る機構（サックバックバルブ１３、速度制御弁１８、複
動式エアシリンダ１７、ベローズポンプ１４など）およ
び加圧空気源の圧力変動に起因する開始遅れ時間Ｔ_DSお
よびその大まかな変動幅を実際に測定して、その変動幅
と到達時間ｔ_Z とに基づき、上記の複数回の回転数昇降
過程Ｐ₁〜Ｐ_n を行なう範囲を狭くするようにしてもよ
い。 【００５２】なお、上記の説明においては、回転数昇降
過程を、回転数Ｒ５から回転数Ｒ６への上昇と、これに
続く回転数Ｒ６から回転数Ｒ５への下降としたが、本発
明は、回転数を上昇および下降させる回転数昇降過程で
あればどのように回転数を上昇／下降させるようにして
もよい。そこで、以下に上記の回転数昇降過程とは異な
る例について、まず、図５を参照して説明し、次いで図
６を参照して説明する。なお、これらの図においては、
説明の便宜上、供給開始命令Ｉ₂ の実行時点Ｔ_S 付近だ
けを示している。 【００５３】図５を参照する。この例では、上昇時間ｔ
_U において上昇させた回転数から、その上昇分よりも少
ない回転数だけ下降時間ｔ_D （上昇時間ｔ_U よりも長く
設定：ｔ_D ＞ｔ_U ）において下降させるように各回転数
昇降過程Ｐ₁ ，………を行なうようにしている。したが
って、全体としては図に示すように右上がりに回転数が
上昇してゆくようになる。このように下降させる回転数
を上昇分よりも少なくすることにより、電動モータ３の
回転数を下降させる際の負荷を軽減することができる。 【００５４】図６を参照する。この例では、上昇時間ｔ
_U で回転数を上昇させ、その後、保持時間ｔ_H1だけその
回転数を保持し、下降時間ｔ_D （ｔ_D ＞ｔ_U ）で回転数
を下降させ、保持時間ｔ_H2だけその回転数を保持した
後、次の回転数昇降過程を行なうようにしている。この
ように上昇／下降前にそれぞれ回転数を保持する時間を
設けることにより、急激に上昇／下降を繰り返すことに
よる電動モータ３の負荷を軽減することができる。 【００５５】上述したような上昇／下降からなる回転数
昇降過程によっても、ヒゲＲ_b に対して慣性力を与えて
その幅を周方向へ拡げることができるので、上述したよ
うな効果と同様の効果を奏するとともに、電動モータ３
の負荷を軽減することができる。 【００５６】なお、上述した上昇時間ｔ_U および下降時
間ｔ_D における回転数の上昇および下降の度合い、すな
わち、加速度は、実験によって７，５００〜２０，００
０rpm/sec の範囲内に設定するのが好ましいことが分か
っている。なお、図２における上昇時間ｔ_U および下降
時間ｔ_D は、上記の例では、それぞれ０．１秒および
０．２秒としたので、これらの加速度を求めると、 上昇時の加速度＝（４，０００rpm −２，０００rpm ）／０．１sec ＝２０，０００rpm/sec 下降時の加速度＝（２，０００rpm −４，０００rpm ）／０．２sec ＝−１０，０００rpm/sec となる。これらの値は、上記の好ましい加速度の範囲内
のものとなっている。このような好ましい範囲内の加速
度で回転数を上昇／下降させることにより、ヒゲＲ_b の
幅を周方向に効率良く拡げることができて、被覆所要時
間を短縮することができる。因みに、上記の範囲外の加
速度で回転数を上昇／下降させると、逆に被覆所要時間
が長くなることが実験によってわかっている。 【００５７】また、上述した各回転数昇降過程における
回転数の制御例では、下降時間ｔ_Dが上昇時間ｔ_U より
も長く設定されているが、図７に示すように、上昇時間
ｔ_Uと下降時間ｔ_D とが同一になるように設定してもよ
い。これによると上昇時と下降時にヒゲＲ_b が受ける慣
性力をほぼ同一にすることができるので、図８に点線で
示すようにその幅を左右にほぼ同じだけ拡大させつつ伸
長させることができる。 【００５８】また、上述した上昇時間ｔ_U および下降時
間ｔ_D やその回転数Ｒ５，Ｒ６および回転数Ｒ７など
は、一例であり、基板サイズや基板の表面状態または塗
布液の粘度あるいは塗布被膜の所望膜厚に応じて決定さ
れるものである。 【００５９】また、上記の実施例および変形例では、塗
布液としてフォトレジスト液を例に採って説明したが、
本発明は、これに限定されることなく、例えば、パシベ
ーション膜形成用のポリイミドや、絶縁膜などを形成す
るためのＳＯＧ(Spin On Glass) 液などの塗布液を塗布
する場合にも適用可能である。 【００６０】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、供給開始命令が実行された時点から、その後
に所定の回転数で基板を高速回転させるまでの間であっ
て、かつ塗布液が基板表面全体を覆う前に、基板の回転
数を上昇および下降させる回転数昇降過程を複数回行な
うことにより、基板に供給された同心円状の塗布液から
放射状に伸びた塗布液の流れが基板の周縁部に達する到
達時間内に、少なくとも複数回の回転数昇降過程のうち
の１つの過程によって、周縁部に向かう多数の細長い塗
布液の流れに対して、周方向に慣性力を与えることがで
き、各放射状の塗布液の流れの間の隙間を急速に狭める
ことができる。したがって、塗布液が基板の表面全体を
覆うまでの時間を短縮することができる。その結果、放
射状の塗布液の流れを通して基板の周囲に飛散する塗布
液の量を少なくすることができ、所望膜厚の塗布被膜を
形成するの要する塗布液の量を極めて少なくすることが
できる。 【００６１】さらに、実際に塗布液が基板に供給される
時点（実供給時間）、つまり吐出タイミングは、供給開
始命令が実行された時点から開始遅れ時間だけ遅れ、か
つ、この開始遅れ時間はユーティリティである加圧空気
源の圧力変動や、吐出に係る機構の調整度合いによって
変動するものであるので、供給開始命令が実行された時
点からどの程度遅れて実際に塗布液が基板表面に到達す
るのかは不明であるが、たとえ開始遅れ時間が変動した
としても、少なくとも複数回の回転数昇降過程のうちの
１つの過程によって、周縁部に向かう多数の細長い塗布
液の流れに対して、確実に慣性力を与えることができ
る。すなわち、塗布液の吐出タイミングのずれに起因す
る悪影響を回避することができる。これにより現像液や
リンス液などの処理液に比較して高価な塗布液の量を確
実に少なくすることができるので、半導体装置などの製
造コストを低減することができるとともに、スループッ
トを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明方法を適用した回転式基板塗布装置の縦
断面図である。 【図２】回転数昇降過程を含むフォトレジスト液塗布方
法を示すタイムチャートである。 【図３】フォトレジスト液の挙動を示す模式図である。 【図４】フォトレジスト液の挙動を示す模式図である。 【図５】回転数昇降過程の変形例を示すタイムチャート
である。 【図６】回転数昇降過程の変形例を示すタイムチャート
である。 【図７】回転数昇降過程の変形例を示すタイムチャート
である。 【図８】フォトレジスト液の挙動を示す模式図である。 【図９】従来例に係る回転式基板塗布装置の要部を示す
図である。 【図１０】従来例に係る塗布液塗布方法を示すタイムチ
ャートである。 【図１１】従来例に係る塗布液塗布方法の説明に供する
図である。 【符号の説明】 １ … スピンチャック ３ … 電動モータ ４ … 飛散防止カップ ５ … 吐出ノズル １３ … サックバックバルブ １４ … ベローズポンプ １５ … 逆止弁 １７ … 複動式エアシリンダ １８ … 速度制御弁 ２０ … 制御部 Ｗ … 基板 Ｒ … フォトレジスト液（塗布液） Ｒ_a … コア Ｒ_b … ヒゲ Ｒ_c … 飛散フォトレジスト液 Ｒ_d … 余剰フォトレジスト液 Ｐ₁ 〜Ｐ_n … 第１の回転数昇降過程〜第ｎの回転数
昇降過程 ｔ_U … 上昇時間 ｔ_D … 下降時間 ｔ_Z … 到達時間 Ｔ_DS … 開始遅れ時間 Ｉ₂ … 供給開始命令

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真田 雅和 京都府京都市伏見区羽束師古川町322 大日本スクリーン製造株式会社 洛西事 業所内 (56)参考文献 特開 平７−37802（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−154444（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−2611（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 B05D 1/40 G03F 7/16 502

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板を所定の回転数で低速回転させつ
   つ、塗布液の供給開始命令の実行に基づきその回転中心
   付近に塗布液を供給することによって塗布液を基板の表
   面に拡げ、その後基板を所定の回転数で高速回転させる
   ことによって基板表面に所望膜厚の塗布被膜を形成する
   塗布液塗布方法において、 前記供給開始命令が実行された時点から前記所定の回転
   数で基板を高速回転させるまでの間であって、かつ塗布
   液が基板表面全体を覆う前に、基板の回転数を上昇およ
   び下降させる回転数昇降過程を複数回含むことを特徴と
   する塗布液塗布方法。