JP4424482B2 - スリットコート式塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルの先端から所定の溶液を流出して基板の表面に溶液を均一に塗布するスリットコート式塗布装置に関する。

半導体ウェハやガラス基板等の基板にレジスト材料や絶縁材料などの所定の溶液（溶剤）を塗布する塗布装置としては、例えば、毛細管現象によりノズルの先端から溶液を流出させて、基板の表面に溶液を塗布するスリットコート式塗布装置がある（例えば、特許文献１参照）。また、その他に、例えば、ゴムロールからなる塗布ロール部に溶液を付着させ、塗布ロール部に付着した溶液を基板上に塗布するロール塗布装置等もある（例えば、特許文献２参照）。

なお、このような塗布装置によって基板の表面に全面に亘って溶液を塗布した後は、一般的に、例えば、ホットプレート上にこの基板を配置して塗布した溶液を乾燥させることによって基板表面に塗布膜を形成している。

そして、このような塗布装置においては、基板に塗布された溶液が塗布直後から乾燥し始めてしまうため、乾燥ムラやひけ等が発生してしまうという問題がある。特に、使用する溶液の粘度が比較的低い材料を用いて薄い膜厚の塗布膜を形成する場合、このような問題が顕著に表れる。

このような問題を解決するための構成として、例えば、特許文献２には、塗布ロール部の周囲を溶剤揮散防止カバーで覆い、この溶剤揮散防止カバー内に溶剤を噴霧する溶剤噴霧ノズルを設けた構造、あるいは溶剤揮散防止カバー内に溶剤が入った溶剤揮発皿を配置し溶剤揮発皿を加熱するようにした構造が開示されている。

このような構造を採用することで、基板に塗布される溶液（溶剤）の乾燥は抑えられるかもしれない。しかしながら、溶剤揮散防止カバー内全体に揮発した溶剤が充満するため、例えば、まだ溶液が塗布されていない基板等に悪影響を及ぼし、塗布膜にピンホールが形成される等の製造不良が生じる虞がある。また、このような構造では、溶剤揮散防止カバー内という比較的広い空間内に揮発した溶剤を充満させるため、周囲の環境や、作業者等に悪影響を及ぼす虞があるという問題もある。

特開平６−３４３９０８号公報（第１〜２図、第２〜４頁） 特開平７−４７３１５号公報（第１〜２図、第３〜４頁）

本発明はこのような事情に鑑み、周囲の環境に悪影響を与えることなく、均一な膜厚の塗布膜を形成することができるスリットコート式塗布装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板を保持する保持テーブルと該保持テーブルに保持された前記基板の表面に相対向するように配置されると共に当該基板の表面に向かって所定の塗布溶液を流出するスリット状のノズル開口を有する塗布ヘッドとを具備して前記保持テーブルと前記塗布ヘッドとが水平方向で相対的に移動することで前記基板の表面に前記塗布溶液が塗布され、前記塗布溶液が塗布された前記基板に対向するように配置され、前記基板側に開口する凹部に少なくとも前記塗布溶液の主溶剤と同一の主溶剤を含む液体が保持され、鉛直方向に移動可能に設けられている液体保持部材を有することを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第１の態様では、塗布溶液が塗布された基板が液体保持部材上に移動し、液体保持部材内の液体から溶剤が揮発することで、基板に塗布された塗布溶液の乾燥が抑えられる。また、液体保持部材を上下方向に移動させることで、基板の近傍雰囲気を、所望の溶剤濃度に調整することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様のスリットコート式塗布装置において、前記基板の表面近傍雰囲気の少なくとも前記主溶剤の濃度を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に応じて前記液体保持部材の上下方向の移動を制御する移動手段とをさらに具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第２の態様では、基板の表面近傍雰囲気の主溶剤等の溶剤濃度を、自動的に、常に一定に維持することができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様のスリットコート式塗布装置において、前記液体保持部材が、前記凹部の開口を開閉可能に設けられた開閉部材を具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第３の態様では、所定のタイミングで開閉部材を開閉させることで、基板近傍雰囲気を、所望の溶剤濃度に調整することができる。

本発明の第４の態様は、第３の態様のスリットコート式塗布装置において、前記基板の表面近傍雰囲気の少なくとも前記主溶剤の濃度を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に応じて前記液体保持部材の前記開閉部材の駆動を制御する駆動手段とをさらに具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第４の態様では、基板の表面近傍雰囲気の溶剤濃度を、自動的に、常に一定に維持することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るスリットコート式塗布装置の概略構成を示す斜視図であり、図２は、スリットコート式塗布装置の要部断面図である。図１に示すように、スリットコート式塗布装置１０は、シリコンウェハ、半導体基板等の基板１が保持される保持テーブル２０と、保持テーブル２０の基板１側に設けられる塗布ヘッド３０と、基板１に塗布する塗布溶液２を塗布ヘッド３０に供給する貯留手段４０と、凹部５１に所定の液体３が保持される液体保持部材５０とを具備する。なお、図示しないが、これら保持テーブル２０、塗布ヘッド３０、貯留手段４０及び液体保持部材５０等は、所定の封止空間内に配置されている。

保持テーブル２０は、鉛直方向下側の面に、基板１をその表面が鉛直方向下向きとなるように保持する。この保持テーブル２０による基板１の保持方法は、特に限定されず、例えば、真空ポンプ等の吸引による方法が挙げられる。なお、保持テーブル２０は、例えば、図示しない駆動モータ等のテーブル駆動手段によって基板１の面方向に沿って直線移動自在に設けられている。

塗布ヘッド３０は、鉛直方向上側に向かって開口し貯留手段４０から供給された塗布溶液２を流出するスリット状のノズル開口３１と、このノズル開口３１に連通する溶液溜まり部３２とを有する。また、塗布ヘッド３０は、図示しない装置本体に鉛直方向に移動自在に保持されており、塗布ヘッド３０の先端と基板１の表面との間隔が、例えば、塗布溶液２の動粘度、塗布溶液２の基板１に対する濡れ性、基板１に塗布する塗布溶液２の厚さ等を考慮して適宜調整されるようになっている。

貯留手段４０は、塗布溶液２を保持する貯留タンク４１と、一端が塗布ヘッド３０に接続され、他端が貯留タンク４１に接続される供給管４２とで構成され、貯留タンク４１の内部に貯留されている塗布溶液２を、供給管４２を介して塗布ヘッド３０に供給する。

この貯留手段４０の貯留タンク４１から供給管４２を介して塗布ヘッド３０に塗布溶液２が供給され、塗布ヘッド３０の溶液溜まり部３２内に塗布溶液２が充填されると、溶液溜まり部３２内の塗布溶液２が毛細管現象によってノズル開口３１の先端まで上昇する。これにより、スリット状のノズル開口３１には、塗布溶液２が全体に均一に充填されるようになっている。そして、この状態から塗布ヘッド３０を上昇させてノズル開口３１から突出した塗布溶液２を基板１の表面に接触させ、この状態で、保持テーブル２０と塗布ヘッド３０とを基板１の面方向において相対的に移動させる。例えば、本実施形態では、塗布ヘッド３０を固定して保持テーブル２０を基板１の面方向に直線移動させることで、これら塗布ヘッド３０と保持テーブル２０とを相対的に移動させている。これにより、ノズル開口３１から塗布溶液２が連続的に流出し、基板１の表面には塗布溶液２が均一な厚さで塗布される。

また、保持テーブル２０の基板１側には、塗布ヘッド３０及び貯留手段４０と共に、この塗布ヘッド３０に近接して液体保持部材５０が設けられている。この液体保持部材５０は、基板１に対向する面側、すなわち、鉛直方向上側が開口する凹部５１を有し、この凹部５１内には、少なくとも塗布溶液２の主溶剤と同一の主溶剤を含む液体３が保持されている。例えば、本実施形態では、液体保持部材５０の凹部５１に、塗布溶液２そのものである液体３を溜めておくようにしている。なお、液体保持部材５０の凹部５１に溜めておく液体３としては、勿論、塗布溶液２の主溶剤のみからなるものであってもよい。

そして、このような液体保持部材５０は、塗布ヘッド３０に近接して設けられ、基板１に塗布溶液２を塗布する際に、塗布溶液２が塗布された基板１に対向するように配置されている。なお、このような液体保持部材５０は、上下方向（鉛直方向）に移動可能に図示しない装置本体に固定されており、この液体保持部材５０を上下方向に移動させることで、液体保持部材５０と基板１の表面との間隔を調整できるようになっている。

このような液体保持部材５０を具備する本発明に係るスリットコート式塗布装置では、液体保持部材５０の凹部５１に保持された液体３の溶剤が揮発することで、塗布溶液２が塗布された基板１の近傍雰囲気に含まれる溶剤濃度、例えば、塗布溶液２の主溶剤の濃度を、所望の濃度に維持する。なお、基板１の近傍雰囲気の溶剤濃度は、本実施形態では、液体保持部材５０を上下方向に移動させることで調整している。これにより、基板１に塗布された塗布溶液２の乾燥を防止することができ、塗布溶液２の乾きムラや塗布ムラ、ひけ等の発生を防止することができる。さらに、塗布ヘッド３０のノズル開口３１先端の乾き、すなわち、ノズル開口３１から突出している塗布溶液２の乾燥も防止できるため、より良好に塗布溶液２を基板１に塗布することができる。

なお、このような液体保持部材５０の凹部５１は、特に限定されないが、例えば、塗布溶液２を塗布する基板１と同程度の面積を有していることが好ましい。また、凹部５１は、所定量の液体３を保持できる程度に比較的浅く形成されていることが好ましい。これにより、基板１の近傍雰囲気の溶剤濃度を比較的容易に所定の濃度に調整できる。

また、本実施形態では、凹部５１内の液体３の溶剤を自然揮発させているが、これに限定されず、例えば、凹部５１の下部からエアーを送ったり、液体保持部材５０を加熱したりすることで、液体３の溶剤を強制的に揮発させるようにしてもよい。

また、このような液体保持部材５０と塗布ヘッド３０との間には、本実施形態では、基板１の表面に接触することなく基板１の表面の一部を覆うように遮蔽板６０が設けられている。すなわち、この遮蔽板６０により、基板１の下側の空間を塗布ヘッド３０と液体保持部材５０の間で遮るようにしている。これにより、基板１が保持された保持テーブル２０を移動させる際、この移動に伴う空気の流れによって塗布ヘッド３０のノズル開口３１先端部が乾いてしまうのを防止することができる。

以下、このようなスリットコート式塗布装置１０を用いたスリットコート式塗布方法について詳しく説明する。なお、図３は、スリットコート式塗布装置の動作を示す概略図である。まず、図３（ａ）に示すように、保持テーブル２０の下面に基板１を固定し、塗布ヘッド３０を上昇させて基板１の表面と塗布ヘッド３０のノズル開口３１の先端面との間隔が所定の間隔となるように調整する。具体的には、ノズル開口３１から突出する塗布溶液２の先端部が、基板１の表面の位置よりも若干高い位置となるように塗布ヘッド３０を上昇させる。なお、本実施形態では、塗布ヘッド３０を移動させることで、塗布ヘッド３０と基板１との間隔を調整しているが、勿論、塗布ヘッド３０を固定して、保持テーブル２０を移動するようにしてもよい。

次に、図３（ｂ）に示すように、図示しないテーブル駆動手段によって保持テーブル２０を基板１の面方向、すなわち水平方向に直線移動させることで、塗布ヘッド３０のノズル開口３１から突出している塗布溶液２が基板１の表面に接触することで、塗布溶液２の塗布が開始される。ここで、上述したように、保持テーブル２０の移動に伴う基板１の下側の空気の流れが、遮蔽板６０によって遮断されている。すなわち、遮蔽板６０によって、ノズル開口３１の先端から突出している塗布溶液２の乾燥が抑えられているため、保持テーブル２０の移動により塗布溶液２が基板１に確実に接触して、基板１への塗布溶液２の塗布が開始される。

このように基板１への塗布溶液２の塗布が開始された後、図３（ｃ）に示すように、保持テーブル２０をさらに移動させることで、塗布溶液２がノズル開口３１から連続的に流出し、基板１の全面に塗布溶液２が塗布されていく。そして、基板１の塗布溶液２が塗布された部分は、順次、液体保持部材５０に対向する領域に移動することになる。

ここで、塗布溶液２は、通常、基板１に塗布された直後から自然乾燥し始める。しかしながら本実施形態では、塗布ヘッド３０に近接して液体保持部材５０が設けられており、基板１に塗布された塗布溶液２は、液体保持部材５０に保持されている液体３の溶剤が揮発した雰囲気中に配置されることになり、基板１に塗布された塗布溶液２が塗布直後から乾燥し始めることはない。すなわち、塗布溶液２は、基板１の全面に塗布された後でも、基板１の各領域において、ほぼ一定の粘度に維持される。

そして、このように基板１の全面に塗布溶液２を塗布した後は、図示しないが、例えば、ホットプレート等によって基板１を加熱して塗布溶液２を乾燥させ、さらに、例えば、クールプレート等によって基板１を冷却して塗布溶液２を常温に戻す。これにより、基板１の表面には所望の厚さの塗布膜が形成される。

上述したように本発明に係るスリットコート式塗布装置によれば、このように塗布溶液２を乾燥させる際、基板１に塗布された塗布溶液２は、基板１の全面に亘ってほぼ一定の粘度に維持される。したがって、乾燥ムラや、ひけ等が発生することがなく、均一な膜厚の塗布膜を基板１の表面に良好に形成することができる。

また、基板１に塗布された塗布溶液２が乾燥し易くなるため、基板１への塗布溶液２の塗布スピードを上げることはできなかったが、本発明に係るスリットコート式塗布装置であれば、塗布溶液２の乾燥が抑えられるため、基板１への塗布溶液２の塗布スピードを著しく向上することができる。

さらに、本発明のスリットコート式塗布装置であれば、基板１の近傍雰囲気のみ、すなわち、比較的狭い領域の溶剤濃度を管理しているため条件が安定する。また、周囲の環境、あるいは作業者等への悪影響も防止することができる。

（実施形態２）
図４は、実施形態２に係るスリットコート式塗布装置の概略図である。本実施形態は、図４に示すように、塗布溶液２が塗布された基板１の近傍、すなわち、液体保持部材５０の近傍に、雰囲気中の溶剤濃度を検出する濃度センサ等の検出手段７０と、この検出手段７０の検出結果に応じて、液体保持部材５０の上下方向の移動を制御する移動手段８０とをさらに有する以外は、実施形態１と同様である。

このような本実施形態のスリットコート式塗布装置１０では、検出手段７０が検出した検出結果である溶剤濃度が、予め設定された濃度よりも低い場合には、移動手段８０が液体保持部材５０を上昇させ、溶剤濃度が予め設定された濃度よりも高い場合には、移動手段８０が液体保持部材５０を下降させる。そして、このように基板１の近傍雰囲気の溶剤濃度に応じて液体保持部材５０と基板１との距離を調整させることで、基板１の近傍雰囲気の溶剤濃度を常に一定に維持するようにしている。これにより、基板１に塗布された塗布溶液２の乾燥をより確実に防止することができ、乾燥ムラ等のない良好な塗布膜を形成することができる。

（実施形態３）
図５は、実施形態３に係るスリットコート式塗布装置の概略図である。図５に示すように、本実施形態は、液体保持部材５０に、凹部５１の開口を開閉可能な、例えば、シャッタ等の開閉部材５２が設けられていると共に、移動手段８０の代わりに、検出手段７０の検出結果に応じてこの開閉手段５２の開閉動作を制御する駆動手段９０を有する以外は、実施形態２と同様である。すなわち、このような構成では、検出手段７０が検出した検出結果である溶剤濃度に応じて、駆動手段９０が開閉部材５２を開閉させて凹部５１の液体３の溶剤揮発量を調整することで、基板１の近傍雰囲気の溶剤濃度を常に一定に維持するようにしている。そして、このような構成においても、勿論、上述した実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、保持テーブル２０を基板１の面方向に移動させることで、保持テーブル２０と塗布ヘッド３０とを相対的に移動させるようにしたが、これに限定されず、例えば、保持テーブル２０を固定して、塗布ヘッド３０を基板１の面方向に移動させるようにしてもよい。なお、この場合には、塗布ヘッド３０と共に液体保持部材５０も同時に移動させるようにする。

また、上述した実施形態では、液体保持部材５０と塗布ヘッド３０との間の領域に、遮蔽板６０を設けるようにしたが、勿論、この遮蔽板６０は設けなくてもよい。さらに、上述した実施形態では、表面が略平坦な面である基板を例示したが、これに限定されず、例えば、レンズ等の表面が曲面である基板を用いることができることは言うまでもない。

本発明の実施形態１に係る塗布装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態１に係る塗布装置の要部断面図である。 本発明の実施形態１に係る塗布方法を示す概略図である。 本発明の実施形態２に係る塗布装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態３に係る塗布装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 基板、 ２ 塗布溶液、 ３ 液体、 １０ スリットコート式塗布装置、 ２０ 保持テーブル、 ３０ 塗布ヘッド、 ３１ ノズル開口、 ４０ 貯留手段、 ５０ 液体保持部材、 ６０ 遮蔽板

Claims (4)

1. 基板を保持する保持テーブルと該保持テーブルに保持された前記基板の表面に相対向するように配置されると共に当該基板の表面に向かって所定の塗布溶液を流出するスリット状のノズル開口を有する塗布ヘッドとを具備して前記保持テーブルと前記塗布ヘッドとが水平方向で相対的に移動することで前記基板の表面に前記塗布溶液が塗布され、前記塗布溶液が塗布された前記基板に対向するように配置され、前記基板側に開口する凹部に少なくとも前記塗布溶液の主溶剤と同一の主溶剤を含む液体が保持され、鉛直方向に移動可能に設けられている液体保持部材を有することを特徴とするスリットコート式塗布装置。
2. 請求項１に記載のスリットコート式塗布装置において、前記基板の表面近傍雰囲気の少なくとも前記主溶剤の濃度を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に応じて前記液体保持部材の上下方向の移動を制御する移動手段とをさらに具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置。
3. 請求項１又は２に記載のスリットコート式塗布装置において、前記液体保持部材が、前記凹部の開口を開閉可能に設けられた開閉部材を具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置。
4. 請求項３に記載のスリットコート式塗布装置において、前記基板の表面近傍雰囲気の少なくとも前記主溶剤の濃度を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に応じて前記液体保持部材の前記開閉部材の駆動を制御する駆動手段とをさらに具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置。

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