JPH0666255B2 - スピン塗布装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体デバイスの製造プロセス等で用いら
れるフォトレジスト等の高分子材料よりなる塗布材料
を、半導体基板を回転させながら該基板上に塗布するス
ピン塗布装置及び方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、DRAM（ダイナミック・ランダムアクセス・メモリ
ー）などのメモリー素子に代表される半導体デバイスの
製造プロセスにおいては、フォトリソグラフィー法を用
いてサブミクロンレベルから数百ミクロンレベルでの微
細パターンの形成が行なわれてきている。フォトリソグ
ラフィー法では、通常フォトレジストと呼ばれる感光性
の高分子材料の薄膜をシリコンウエハ等の半導体基板上
に形成するが、この際スピン塗布法と呼ばれる薄膜の形
成方法が一般的に広く用いられている。また同様に、カ
ラーイメージセンサ等の半導体画像デバイスにおいて
は、オンチップ型カラーフィルタと呼ばれるある種の高
分子材料からなる微細な色分解フィルタアレーが、複数
個のイメージセンサチップの形成された半導体基板上に
これらのチップに対応して形成されるが、この場合に
も、半導体基板上にこの高分子材料の薄膜を形成する工
程でスピン塗布法が一般的に用いられている。以上のよ
うに、スピン塗布法は、高分子材料の薄膜をシリコンウ
エハ等の基板上に形成する場合の基本的な成膜技術であ
る。

しかし、従来のスピン塗布装置及び方法は、概略以下に
述べるようなものが殆どであった。

第25図は、従来の代表的なスピン塗布装置の基本構成を
示す概略断面図である。この図に示したスピン塗布装置
は、半導体ウエハ等の基板301を載置し、固定保持する
チャック302と、上端をチャック302に接続されたスピン
ドル303と、そのスピンドル303の下端に接続され該スピ
ンドル303を回転駆動するモータ304と、上部に開口305a
を、下部にドレイン305bをそれぞれ形成され、基板301
及びチャック302を収納するカップ305と、一端をそのカ
ップ305の開口305aの上方においてチャック302に対向す
るように配置され、チャック302に保持された基板301上
にフォトレジスト等の塗布材料を供給するノズル306と
から構成される。ノズル306の他端はフォトレジスト液
等の塗布材料を収容した容器（図示せず）に配管等によ
り接続されている。また、図示していないが、基板301
を保持するチャック302の支持面には吸着口が穿設さ
れ、この吸着口はスピンドル303の中空内部を介して真
空吸引装置に接続されており、従って、チャック302の
支持面に載置された基板301は真空吸引力により固定保
持されるようになっている。

次に、この装置の作用及びこれを用いた従来のスピン塗
布方法について第26（ａ）図乃至第26（ｃ）図を参照し
て説明する。第26（ａ）図乃至第26（ｃ）図は上記従来
のスピン塗布装置による従来のスピン塗布方法の概略を
示す工程図である。尚、これらの図中では、説明を簡単
にするため、モータ304、カップ305及びドレイン305bは
省略した。

上記従来のスピン塗布装置では、スピンドル303の回転
軸が通常鉛直方向に固定されており、このスピンドル30
3の上端に連結された真空吸着式のチャック302の水平な
支持面上に、基板301が載置され、真空吸引力により略
水平に固定保持される。この状態でモータ304を始動し
てスピンドル303を回転させながら、チャック302により
略水平に保持された基板301の上面に、その上方に配置
されたノズル306からフォトレジスト等の塗布材料307が
所要量だけ滴下される（第26（ａ）図）。引き続きモー
タ304を回転させて基板301を水平面内でスピン回転させ
る（第26（ｂ）図）。この際、スピン回転により生じた
遠心力により基板301上の塗布材料307は中心部から半径
方向外側へ流動して基板301の表面全体に広がる。この
時、余分な塗布材料307は基板301外へ診り飛ばされる。
この過程で、塗布材料307中の溶媒は揮発して塗布材料3
07の粘度を高め、流動性が低下する。更に、基板301の
スピン回転を継続することにより塗布材料307中の溶媒
の大部分は揮発して塗布材料307の流動が停止し、塗布
材料307の薄膜308が基板301上に形成される（第26
（ｃ）図）。尚、塗布材料307の滴下時（第26（ａ）
図）には、基板301をスピン回転させない場合とさせる
場合があるが、最終的に得られる薄膜308の性状には一
般的に大きな差異は生じない。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のスピン塗布装置は以上のように構成されているの
で、基板301のスピン回転により発生する遠心力により
基板301上の塗布材料307が基板301の中央部から周辺部
へ流動する過程で、基板301表面の凹凸に起因する放射
状の膜厚ムラを発生し易いという問題点があった。その
一例を第27図を用いて説明する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、良く知られ
ているように、工程が進むにつれて基板401上に種々の
凹凸形状が作り出されていく。第27図はその中で比較的
大きな凹凸の例を表しており、この図中、符号402は１
個の半導体デバイスに対応する複数のチップ、403はこ
れらチップ402間の分離のためのダイシングラインであ
る。多くの場合、ダイシングライン403はチップ402部分
よりも高さが１−５μｍ程度低く、50−100μｍ程度の
幅の段差を持っている。このような凹凸を持つ基板401
上に従来のスピン塗布装置により液体状あるいはペース
ト状の塗布材料をスピン塗布すると、第27図に示すよう
に、基板401上の凹凸部分で塗布材料の流動が乱れるた
め、放射状の塗布ムラすなわち膜厚ムラ404が発生して
いた。また、このような放射状のムラ404は10分の数ミ
クロンから数ミクロンのオーダーの比較的小さな段差で
あっても現れることがあった。

以上のような塗布ムラは、フォトレジスト膜について
は、それを利用してエッチング等により形成されるパタ
ーンの寸法制御性を低下させるという問題を生じ、時と
してパターン配線の断線やショートの原因ともなった。
また、カラーイメージセンサのオンチップ型カラーフィ
ルタにおいては、このような塗布ムラによりフィルタ膜
が不均一になり、その分光感度特性にバラツキや不均一
さが生じる等の問題点があった。

また、従来のスピン塗布装置及び方法は更に別の問題点
も有していた。以下、これについて説明する。

第28（ａ）図乃至第28（ｃ）図は、従来のスピン塗布装
置を用いて、表面に３種類の異なる凹凸形状を有する基
板上に、フォトレジスト液を塗布して得られたフォトレ
ジスト膜の表面形状を表す断面模式図である。第28
（ａ）図において、基板501の表面には、例えばフォト
リソグラフィ工程の露光工程で利用される位置合わせ用
の凹凸パターン502が形成されており、この凹凸パター
ン502上のフォトレジスト膜503の表面は平坦にはならず
波状にうねった形となる。また、このうねりの形状は、
フォトレジスト膜503の下のパターン502の凹凸形状に比
べて左右対称とはならず、すなわち波形503aがフォトレ
ジストの流動の影響により左右非対称の形状となる。従
って、レーザービーム等によりこの凹凸パターン502を
検出して露光パターンの位置合わせを行う場合、このフ
ォトレジスト膜503の形状の非対称性により検出信号に
ズレを生じ、位置合わせ精度が低下するという問題点を
生じた。また、第24（ｂ）図乃び第28（ｃ）図に示され
るように、基板501の表面に１個の凸部502aや凹部502b
を有するような単純なパターンであっても、この非対称
性によりその凸部502aや凹部502bの左右でのフォトレジ
スト膜503の膜厚に差異を生じ、寸法制御性を低下させ
るという問題があった。

同様の問題がカラーイメージセンサのオンチップ型カラ
ーフィルタでも起こっていた。

更に、従来のスピン塗布装置では、基板上のフォトレジ
スト等の塗布材料に作用する外力としては、スピン回転
による遠心力が主なものであり、基板の表面に垂直に作
用する力は重力のみで相対的に小さかった。そのため、
基板上の段差を塗布膜により平坦化するためには、塗布
膜を厚くするとか、多層レジスト法にもあるように、塗
布膜を複数回形成する等の対策が必要であり、下地の凹
凸形状の平坦化に対して効率が悪いといった問題点があ
った。

この発明は、上記したような問題点を解決するためにな
されたもので、基板上の液状の塗布材料に、基板表面に
垂直な方向の外力を与えることにより凹凸のある基板表
面にも、ムラなく略均一な厚さで効率良く塗布材料を塗
布でき、且つ発塵等の悪影響を抑制することのできる、
スピン塗布装置及び方法を提供することを目的とするも
のである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るスピン塗布装置は、基板を保持するチャ
ックと、回転軸に固着され、前記チャックを回転自在に
支持する支持部材と、前記回転軸を前記支持部材ととも
に回転させる第１回転手段と、前記チャックを前記支持
部材に対して回転させる第２回転手段と、前記チャック
を前記支持部材の回転軸側に傾斜させうるチルト手段
と、前記基板上に塗布材料を供給する供給手段と、から
構成される。

また、この発明に係るスピン塗布方法は、基板上に塗布
材料を供給する第１工程と、前記基板を自転させて前記
塗布材料を基板表面全体に広げる第２工程と、前記基板
表面をその公転面に対して傾斜させた状態で該基板を公
転させる第３工程と、を有する。

［発明の実施例］ 以下、この発明の実施例について添付図面を参照して説
明する。

第１図乃至第３図は第１発明の第１実施例に係るスピン
塗布装置を表しており、第１図はその縦断面図、第２図
はその平面図、及び第３（ａ）図及び第３（ｂ）図はそ
のそれぞれ異なる作動状態を示す部分縦断面図である。
まず、第１図及び第２図に示されるように、この実施例
のスピン塗布装置は、半導体ウエハ等の基板１を保持す
るチャック２と、スピンドル等の回転軸３に固着され、
チャック２を回転自在に支持する支持部材４と、回転軸
３を支持部材４とともに回転させる第１回転手段５と、
チャック２を支持部材４に対して回転させる第２回転手
段６と、チャック２を支持部材４の回転軸３側に傾斜さ
せるチルト手段７と、基板１上に塗布材料を供給する供
給手段としてのノズル８とを備えている。

支持部材４は中心部を回転軸３の上端に固着された棒状
のアームよりなり、この支持部材４の一端には、真空吸
引力により基板を固定保持する真空チャック等のチャッ
ク２がチルト手段７を介して支持部材４に対して回転自
在及び傾動可能に支持されているとともに、チャック２
を支持部材４に対して回転させるモータ等の第２回転手
段６が取り付けられている。また、支持部材４の他端に
はその回転時に、チャック２、チルト手段７及び第２回
転手段６と動的釣り合いをとるためのバランスウエイト
９が取り付けられている。

チルト手段７は、第２回転手段６の回転力をチャック２
に伝えるとともにチャック２を第２回転手段６に対して
内側すなわち回転軸３側に回動させるように、チャック
２を第２回転手段６に枢支連結するものであり、このチ
ルト手段７は一端を第２回転手段６の出力軸に連結され
るスピンドル7aと、チャック２をそのスピンドル7aの他
端に枢支ピン7c等により枢支連結する枢支連結部7bとを
有する。第１図及び第２図には、チルト手段７の詳細は
示されていないが、チルト手段７は例えば後述する第10
図の実施例に示すように構成することができる。

回転軸３の下端には、回転軸３を回転させるための第１
回転手段５が連結され、この第１回転手段５は、モータ
等の駆動源5aと、その駆動源5aの出力軸に連結された駆
動側歯車5bと、回転軸３の下端に固着され、駆動側歯車
5bに噛合する被動側歯車5cとから構成される。なお、図
示していないが、回転軸３は軸受け等を介して図示しな
いハウジング等の固定部に回転自在に支持されている。

また、支持部材４の両端部に設けられたチャック２、チ
ルト手段７、第２回転手段６及びバランスウエイト９等
を覆うように、ドーナツ状のカップ体10が設けられてい
る。このカップ体10は外側の第１カップ半体10aと内側
の第２カップ半体10bとから構成されており、カップ体1
0の上部、すなわち第１及び第２カップ半体10a,10bの上
縁間には環状の開口10cが設けられている。チャック２
の上方には、塗布材料供給用のノズル８がその吐出口を
下向きに指向された状態で配置され、該ノズル８の吐出
口はチャック２により略水平に保持される基板１に対向
するように、且つカップ体10の開口10cに臨むように配
置されている。カップ体10の下部には、ノズル８から基
板１上に供給されて基板１に塗布された後の残りの塗布
材料を排出するためのドレイン10dが設けられている。

次に、第３（ａ）図、第３（ｂ）図、第４図及び第５図
を参照して、上記スピン塗布装置を用いた本発明による
スピン塗布方法の第１実施例について説明する。まず、
第１及び第２回転手段5,6を始動させる前に、図示しな
い機械的搬送手段等により半導体ウエハ等の基板１を装
置内に搬入し、略水平なチャック２の取り付け面上に載
置して真空吸引力等の適当な固着手段（図示せず）によ
り略水平にチャック２上に固定、保持する（第４図基板
搬入工程S1）。

この状態で、第３（ａ）図に示されるように、ノズル８
の吐出口より所定量の塗布材料12を基板１上に滴下させ
る（第４図塗布材料滴下工程S2）。

それから、第２回転手段６を作動させて、チャック２を
自転すなわちスピン回転させるか、あるいはこのように
チャック２を自転させながら更に第１回転手段５を作動
させてチャック２を回転軸３回りに公転させる（第４図
第１回スピン開始（スピン１開始）工程S3）。これによ
り、チャック２上に固定保持された基板１は、チャック
２の回転中心軸回りに水平面内で自転し、あるいは自転
とともに回転軸３回りに水平面内で公転し、ノズル８か
ら基板１上に供給された塗布材料12はこのような自転あ
るいは自転と公転により生じた遠心力により、基板１表
面中心部から周辺部へ半径方向に広がり薄膜を形成す
る。また、余分な塗布材料12は遠心力により基板１から
振り飛ばされて、カップ体10内に回収されてドレイン10
dより排出される。

このようにして、第２回転手段６あるいは第１及び第２
回転手段5,6を所定時間作動させて塗布材料12が基板１
表面に満遍無く広がり薄膜が形成された後、第１及び第
２回転手段5,6を一旦停止させる（第４図第１回スピン
停止（スピン１停止）工程S4）。この時、基板１表面が
凹凸状態であれば、基板１表面に形成される塗布材料の
薄膜の表面も、基板１の凹凸に応じてうねった形状にな
り易く、また基板１表面の段差部から放射状の塗布ムラ
が生じ易い。

次いで、第２回転手段６を作動させてその出力軸を適当
に回動させて、チャック２が支持部材４に沿って半径方
向内側すなわち回転軸３側に傾倒しうるような位置にな
ったとき、第２回転手段６を停止させる。続いて、第３
（ｂ）図に示されるように、第１回転手段５を再び作動
させてチャック２を基板１とともに回転軸３回りに公転
させるとともに、公転速度に応じてチルト手段７を作動
させチャック２を枢支ピン7c回りに回動させて第２回転
手段６の出力軸に対して半径方向内側すなわち公転中心
側に傾斜させる（第４図第２回スピン開始（スピン２開
始）工程S5）。このように、基板１をその公転面に対し
て傾倒させることにより、基板１の公転により生じる遠
心力と重力との合成ベクトルの方向に力が作用するた
め、遠心力と重力との合力の方向が、基板１表面に対し
て垂直に近付くようにチルト手段７により基板１の傾き
を調節する。この状態で第１回転手段５を作動させて基
板１を公転させると、基板１上の塗布材料の薄膜には基
板１表面に垂直な方向の力が加わり、第１回スピン回転
塗布後のうねった、あるいは塗布ムラのある薄膜表面の
高い位置にある塗布材料を低い位置へ移動させるように
働き、塗布膜の表面形状は平坦化される。従って、仮令
基板１表面に凹凸が存在したとしても、表面に凹凸のな
い略平坦な塗布膜が形成される。基板１の公転を更に続
行することにより、塗布膜中から溶媒が揮発して乾燥が
進行し、表面の平らな塗布材料12の薄膜が形成される。

基板１の乾燥終了後、第１回転手段５を停止させてチル
ト手段７によりチャック２を水平状態に戻す（第４図第
２回スピン停止工程S6）。

チャック２を解除して基板１をチャック２から取り外し
て機械的搬送手段等により外部へ搬出する（第４図基板
搬出工程S7）。

以上が本発明のスピン塗布方法の１サイクルであり、こ
れを繰り返すことにより多数の基板を処理することがで
きる。このようにして得られた塗布膜の表面形状は、第
６（ａ）〜（ｃ）図に示すように、基板表面に種々の凹
凸による段差があってもその上に形成された塗布膜は略
完全に平坦化されたものとなる。

第７図はこの発明のスピン塗布装置の第２実施例を示し
ている。この実施例は、上述の第１図のスピン塗布装置
に、溶媒導入機構を付加したものであり、以下その構成
及び作用上の相違点について説明する。第７図におい
て、ドーナツ状のカップ体10にはその内部に溶媒を導入
するための複数個の注入口10eが設けられており、これ
らの注入口10eはそれぞれ配管13により塗布材料の溶媒1
4を収納した密封容器15に接続され、その配管13の途中
にはバルブ16が介挿されている。また、密封容器15は、
配管17により外部の加圧空気や窒素等の加圧気体を収容
した圧力源（図示せず）に接続されており、バルブ16を
開放したとき、この加圧気体の加圧力により密封容器15
内の溶媒14は配管13を通って注入口10eからカップ体10
内に供給される。また、カップ体10の上部の環状の開口
10cには着脱自在な蓋18が設けられ、装置の作動中、必
要に応じてこの蓋18により開口10cを閉じることができ
るようになっている。なお、説明を簡略にするため、第
７図では、塗布材料の供給用のノズル８の図示を省略し
た。

次に、この実施例の動作について説明すると、いま図示
しない圧力源より加圧気体を密封容器15内に供給してそ
の内部を適当な加圧状態に保持しておくと、バルブ16と
開いたとき、密封容器15内の溶媒14は配管13を通って注
入口10eよりカップ体10内に注がれる。この時、密封容
器15内の加圧圧力を適当な値に保っておけば、注入口10
eからの溶媒14の注入速度を適当な値に制御でき、従っ
て注入口10eより注入される溶媒14がカップ体10の内壁
に沿って流れ落ちるようにすることができる。このよう
にしたとき、溶媒14はカップ体10内壁に沿って流れ落ち
る過程で揮発してカップ体10内の雰囲気を揮発溶媒雰囲
気とする。この時の溶媒蒸気濃度は溶媒ガスのドレイン
10dからの排気速度、カップ体10の隙間からの溶媒ガス
の散逸速度及び溶媒14の注入速度との間の関係で決まる
と考えられるが、カップ体10上部の開口10cを蓋18によ
り覆うことによって、この開口10cからの溶媒ガスの散
逸を抑えることができるため、必要な溶媒注入量を少な
くすることができる。なお、この実施例でも、基板１の
自転、公転機能並びにチルト機能は前記第１図の実施例
の場合と同様である。

次に、上記実施例のスピン塗布装置を用いた本発明のス
ピン塗布方法について第８図及び第９図を参照して説明
する。最初に第８図のフローチャートに基づいて説明す
ると、前述のスピン塗布方法の場合と同様に、まず始め
に蓋18を開けチャック２の基板取り付け面を水平な状態
にしてから該取り付け面上に基板１を搬入、載置して真
空吸着等の方法により固定する（S101）。続いて、カッ
プ体10の開口10cを通してノズルから基板１上に塗布材
料を所定量滴下した（S102）後、第１のスピン回転（ス
ピン１）すなわち水平面内での基板１の回転を行うが、
塗布材料の溶媒が非常に速い揮発速度をもつものである
とすると、第１のスピン回転（スピン１）を実施してい
る間に塗布材料中から溶媒が揮発してしまい、第28
（ａ）〜（ｃ）図に示したように、表面にうねりのある
状態あるいは放射状の塗布ムラを持った状態で塗布膜が
乾燥してしまい表面の平坦化を行うことができない。溶
媒の揮発による乾燥がこの後の第２のスピン回転（基板
の傾斜状態での公転）（スピン２）初期の時点で起こっ
た場合も、同様に塗布膜の表面の平坦化を十分に行うこ
とができない。

そこで、これを防止するため、塗布材料滴下後に蓋18を
閉め、第８図及び第９図に示すように、スピン１開始後
あるいはそれと同時に、バルブ16を開けて密封容器15か
らカップ体10内に溶媒を導入し、カップ体10内の溶媒ガ
ス雰囲気とする（S104）。特に、カップ体10内の溶媒蒸
気圧をその飽和蒸気圧まで高めると、塗布材料中からの
溶媒の揮発を止めることができ塗布材料の流動性を維持
できる。このように、塗布膜の乾燥、固化を抑制しなが
ら水平面内での基板回転を行って塗布材料を基板１表面
全体に延ばし広げた後、基板１の自転を停止させる（ス
ピン１停止）（S105）。それから基板１を公転中心側に
傾斜させた状態での公転（スピン２）に移る。基板１の
チルト角は、公転のトップスピード（設定最大速度）ま
での加速中、公転速度の増大に応じて第９図に示すよう
に変化させ、常時、遠心力と重力との合力の作用方向と
基板表面との角度が直角に近付くようにする（S106）。
続いて、上記したような塗布材料の溶媒雰囲気中で基板
表面の塗布膜の表面平坦化を適当な時間実施した後、バ
ルブ16を閉じて溶媒の供給を停止させ、基板１の公転を
継続して塗布膜中から溶媒を揮発させて塗布膜を乾燥さ
せる（S107）。この時、基板１の公転速度及びチャック
２のチルト角は必要に応じて第９図に示すように変えて
もよい。基板１上の塗布膜の乾燥終了後、基板１の公転
を停止させて水平状態に戻し（S108）、カップ体10の蓋
18を開けて基板１を外部へ搬出する（S109）。

以上のように、揮発速度の大きい溶媒を持つ塗布材料で
あっても、塗布材料の塗布過程中にその溶媒を装置内に
導入して塗布膜中からの溶媒の揮発を抑制することによ
り、先に説明した本発明塗布方法と同様に、表面の平坦
な塗布膜を得ることができる。

上記した本発明スピン塗布装置の第１及び第２実施例で
は、自転用のモータ、チルト機構、チャック等から構成
されるスピンステーションが１台しか無い場合を示した
が、バランスウエイト９の代わりに、この位置に同様の
スピンステーションを配置して１対としてもよく、更に
回転アームの個数を増やしてスピンステーションを増設
して多数の基板を同時に処理できるようにしてもよい。
勿論この場合には、ノズルは１カ所だけに限らず、各ス
ピンステーション毎にその停止位置上に配置し、上記ス
ピン塗布方法で説明したシーケンスを各スピンステーシ
ョン間で同期させて実行させると、基板の処理効率（ス
ループット）を著しく向上させることができる。また、
塗布材料中の溶媒の揮発を抑制するため、溶媒14をカッ
プ体10内に導入する装置の構成を示したが、導入する溶
媒は、塗布材料の溶媒に限られるものではなく、同様の
効果が得られるものであれば他の溶媒であってもよく、
更に複数の溶媒を混合したものを導入してもよいし、あ
るいは複数の溶媒をそれぞれ別個に導入してもよい。ま
た、複数の溶媒を同時に導入する場合には、溶媒を貯蔵
する密封容器も複数個用い、それぞれの容器に別個の配
管、バルブ、注入口を設けてもよい。更に、細かな制御
のため、配管13の途中に流量制御装置、圧力制御装置等
を配置してもよく、またバルブ16も必要に応じて複数個
設置してもよい。

次に、第10図はこの発明のスピン塗布装置の第３実施例
の概略縦断面図であり、第11（ａ）図及び第11（ｂ）図
はチルト手段の動作を説明するため第10図の一部を抜き
出して示した部分拡大断面図である。先に説明したスピ
ン塗布装置の第１実施例（第１図）では、支持部材４内
に、チャック２の回転用の第２回転手段６を埋設した構
成であったため、第２回転手段６とチャック２上に保持
される基板１との間の距離が近く、第２回転手段６のモ
ータ部分からのダスト等の発塵がある場合には、そのダ
ストが基板１上に付着したり塗布材料中に混入したりし
て基板１上に形成される塗布膜に欠陥を誘発する可能性
がある。特に、複数のスピンテーションすなわち複数の
チャック２及び第２回転手段６を用いる場合には、その
可能性がより一層高くなる。そこで、このような可能性
を可及的に減少させるため、この第３実施例では、基板
を自転させる駆動系を基板の下方且つ遠くに配置する構
成とした。

以下、この第３実施例について第10図を参照して詳細に
説明する。この実施例では、スピンステーションすなわ
ちチャック102、チルト手段107等がそれぞれ一対設けら
れており、これらのチャック102、チルト手段107は支持
部材104の両端近くにおいて回転軸103に対して対称的に
設けられている。各チャック102の基板取り付け面には
吸着口102aが形成されている。各チャック102はそれぞ
れチルト手段107を介して回転自在且つ傾倒可能に支持
部材104に支持されている。すなわち、この実施例で
は、各チルト手段107は、一対の軸受け108を介して支持
部材104に回転自在に支持される円筒状のスピンドル109
と、このスピンドル109の上端に形成された半円形の凹
部109aに一部を収容され、そのスピンドル109の中心軸
線109bを通る垂直面内で回動し且つスピンドル109とと
もに回転しうるように枢支ピン110により該スピンドル1
09に枢支されるとともに、上側部をチャック102の下端
に固着された回転板111と、その回転板111を枢支ピン11
0回りに回動させる後述する駆動機構とからなる。

チャック102の上面に開口する吸着口102aは、該チャッ
ク102及び回転板111を貫通して延びる通気路113を介し
て、スピンドル109の上端に形成されて回転板111を収容
する半円形の凹部109aの周囲に形成された半環状通路10
9cに連通しており、この半環状通路109cは、スピンドル
109内の通路109d、支持部材104内の通路104a及び回転軸
103内の通路103aを介して、回転軸103の外周面に回転可
能に嵌合された環状カプリング114の内周面に形成され
た環状路114a、環状カプリング114内の通気路114b及び
途中にバルブ115を介挿した配管116を介して真空源（図
示せず）に連通されている。従って、バルブ115を開閉
操作することにより、チャック102の吸着口102aの真空
吸着力を調節することができる。

チルト手段107の駆動機構112は、図示の実施例では、油
圧式駆動機構からなり、この油圧式駆動機構は、回転板
111を枢支ピン110回りに回動させるための１対の第１及
び第２油圧シリンダ120、121と、これらの油圧シリンダ
120、121に対して作動油を給排する油圧源やリザーバ等
を備えた給油系とからなる。一対の油圧シリンダ120、1
21は、スピンドル109内にその中心軸線109bに対して対
称的に且つ略軸線方向に形成された一対の第１及び第２
シリンダ孔123、124と、各シリンダ孔123、124内に摺動
自在に嵌合された一対の第１及び第２ピストン125、126
と、一端をピストン125、126に枢支連結されるととも
に、他端を回転板111の周縁部に枢支連結された一対の
第１及び第２連結ロッド127、128とからなり、第１及び
第２ピストン125、126により第１及び第２シリンダ孔12
3、124内にそれぞれ画成された第１及び第２油圧室123
a,124aはスピンドル109内の油路129、130を介して、ス
ピンドル109の外周面と支持部材104の内周面間において
スピンドル109の軸方向に互いに平行に隔置された複数
の環状シール131により上下に分離形成された第１及び
第２環状油路132、133に各別に連通され、これらの第１
及び第２環状油路132、133は、支持部材104内の油路13
4、135、回転軸103内の油路136、137を介して、該回転
軸103の外周面とその回りに嵌合された環状カプリング1
14の内周面間において軸方向に隔置された複数の環状シ
ール138により上下に分離形成された環状油路139、140
に連通し、これらの環状油路139、140は環状カプリング
114内の油路141、142、第１及び第２油管143、144を介
して、油圧源、リザーバ、制御弁等を含むチルト手段駆
動装置145に接続されており、このチルト手段駆動装置1
45を適当に制御することにより第１及び第２油圧シリン
ダ120、121内の第１及び第２油圧室123a、124aに作動油
を給排して第１及び第２シリンダ孔123、124内の第１及
び第２ピストン125、126を往復動させ、第１及び第２連
結ロッド127、128を介して回転板111を枢支ピン110回り
に回動させて、チャック102及び基板101をスピンドル10
9に対して内側すなわち回転軸103側に傾倒させることが
できる。勿論、この場合、対をなす第１及び第２油圧シ
リンダ120、121の油圧室123a、124aへの作動油の給排は
互いに逆に行なわれる（すなわち油圧室123a、124aの一
方に作動油が供給されているときは、他方の油圧室から
作動油が排出される）。

また、支持部材104を回転させる第１回転手段150は次の
ように構成される。回転軸103には、環状カプリング114
の下方において、第１被動歯車151が固着されており、
この第１被動歯車151は、基板公転用のモータ152の回転
軸153に固着された第１駆動歯車154と噛合している。

なお、図示していないが、回転軸103は軸受け等を介し
てハウジング等の固定部に回転自在に支持される。この
ため、例えば回転軸103の下端を第１被動歯車151の下方
まで延長し、第１被動歯車151の下方で軸受けを介して
ハウジングに回転自在に支持することもできる。

チャック102を支持部材104に対して回転させる第２回転
手段160は次のように構成される。各スピンドル109の下
端には第２被動歯車161が固着され、これらの第２被動
歯車161は、一対の軸受け162を介して回転軸103に回転
自在に支持された中空円筒体163の上端に固着された第
２駆動歯車164に、その直径方向の互いに反対側の位置
において噛合されている。これらの第２駆動歯車164及
び第２被動歯車161により一種の遊星回転機構が構成さ
れている。図示例では、第２被動及び駆動歯車161、164
の歯数（すなわちこれらの歯車の直径）は等しくなって
いる。中空円筒体163の下端には第３被動歯車165が固着
されており、この第３被動歯車165は、モータ166の回転
軸167に固着された第３駆動歯車168に噛合されている。
このモータ166はスピンドル109の下方に配置されて図示
しない固定ハウジングに取り付けられている。しかし
て、モータ166を作動させると、その回転軸167、第３駆
動歯車168及び第３被動歯車165、中空円筒体163、第２
駆動歯車164及び第２被動歯車161を介してスピンドル10
9が回転駆動され、これに伴ってスピンドル109の上端に
回転板111を介して支持されているチャック102が回転さ
れる。

前記第１図に示した第１実施例と同様に、支持部材104
の両端に配置されたチルト手段107の一部（スピンドル1
09の一部、回転板111等）、チャック102及び基板101を
覆うようにドーナツ状のカップ体170が設けられてお
り、このカップ体170の上部には環状の開口170aが形成
されているとともにその下部にはドレイン170bが形成さ
れている。チャック102の上方には、塗布材料供給手段
としての２本のノズル171が配設され、これらのノズル1
71の吐出口171aは、チャック102の基板取り付け面の略
中心部に対向する位置でカップ体170の環状開口170a内
に配置されている。

次に、このスピン塗布装置の実施例の作用ついて説明す
る。

まず始めに、基板101のチャック102への着脱について説
明する。基板101をチャック102に装着、保持するには、
チャック102の取り付け面を水平に保持した状態で、２
枚の基板101を機械的搬送手段等により装置内に搬入
し、それぞれチャック102の取り付け面上に載置する。
この時、バルブ115を開いて負圧源（図示せず）をチャ
ック102の吸着口102aに連通させ、基板101を真空吸着力
によりチャック102の取付面上に固定保持する。また、
基板101をチャック102から取り外すには、バルブ115を
閉じると、チャック102の吸着口102aの真空吸着力が無
くなり、基板101をチャック102から容易に取り外して装
置外へ搬出することができる。

次にこのように基板101をチャック102に保持した状態
で、遊星回転機構によりチャック102の自転、公転を行
う場合について説明する。この場合、遊星回転機構は、
太陽歯車としての第２駆動歯車164、遊星歯車としての
第２被動歯車161、スピンドル109、支持部材104、駆動
用モータ152、166、第１駆動及び被動歯車154、151、第
３駆動及び被動歯車168、165から構成される。例えば、
チャック102の自転のみの運動は、第１モータ152の回転
を止めて回転軸103が回転しない状態で第２モータ166を
回転させると、第３駆動歯車168及び第３被動歯車165を
介して第２モータ166の回転がスピンドル109に伝達さ
れ、スピンドル109とともに第２駆動歯車164が回転軸10
3回りに回転する。この時、回転軸103及び支持部材104
は第１モータ152により回転を止められているので、第
２駆動歯車164（太陽歯車）の回転にともないこれと噛
合する第２被動歯車161（遊星歯車）がスピンドル109と
ともに第２駆動歯車164と同一速度で逆方向に回転され
る。また、チャック102の回転軸103回りの公転のみの運
動すなわちチャック102を自転させずにその特定の部分
を常に公転中心に向けて回転させるような運動は、回転
軸103及び第２駆動歯車164（太陽歯車）の回転速度が同
一となるように第１及び第２モータ152、166の回転速度
を制御することにより得られる。更に、チャック102が
自転しながら公転するという遊星回転運動は回転軸103
と第２駆動歯車164（太陽歯車）の回転速度を異ならせ
ることにより得られ、第１及び第２モータ152、166の回
転方向及び回転速度を適宜変更制御することによりチャ
ック102の自転速度及び公転速度をともに自在に制御す
ることができる。このように、遊星回転機構により、第
１及び第２モータ152、166の回転を制御することにより
チャック102の自転、公転及び遊星回転等の運動を自由
に制御することができる。

次にチルト手段107の動作について説明する。この実施
例では、チルト手段107はピストン／シリンダからなる
油圧式駆動機構を用いており、装置外から装置内への駆
動力の伝達が容易な構成となっている。駆動用の油圧
は、チルト手段駆動装置145内で生成され、油管、油路
等の給油路を介してスピンドル109の第１及び第２油圧
シリンダ120、121内の油圧室123a、124bにそれぞれ導か
れる。この際、勿論、その給油路中には作動流体が封入
されている。今、第11（ａ）図に示すように、基板101
がチャック02により水平状態に保持され、この時第１及
び第１油圧シリンダ120、121内にそれぞれ略同量の作動
流体が入っているものとすると、チャック102を内側す
なわち公転中心（回転軸）側に傾倒させるためには、チ
ルト手段駆動装置145から作動流体を第２油管144へ送り
込み、略それと同量の作動流体を第２油管144から排出
させて、第２油圧シリンダ121の油圧室124aに作動流体
を供給して第２ピストン126を上動させて第２連結ロッ
ド128を上昇させるとともに第１油圧シリンダ120の油圧
室123aから作動流体を排出させて第１ピストン125を下
動させて第１連結ロッド127を下降させ、回転板111を枢
支ピン110回りに第10図で時計方向（左側の回転板の場
合）あるいは反時計方向（右側の回転板の場合）に回転
させる。このようにして、第11（ｂ）図に示すように、
第１及び第２チャック102をそれらにより保持される基
板101とともに内側すなわち公転中心側へ傾倒させるこ
とができる。

また、逆に傾斜しているチャック102を元の水平位置
（第11（ａ）図）まで戻す場合には、第１及び第２油圧
シリンダ120、121への作動流体の給排を上述とは逆の順
序で行えば良い。

このように、チャック102の傾斜角度は、チルト手段駆
動装置145より第１及び第２油圧シリンダ120、121の一
方へ供給される作動流体の量、若は他方の油圧シリンダ
からチルト手段のチルト手段駆動装置145へ排出される
作動流体の量を変えることにより制御される。

以上から明らかなように、この発明のスピン塗布装置で
は、チャック102上での基板101の吸着・固定／解除動
作、基板101の自転／公転／遊星回転動作、及びチャッ
ク102のチルト動作を各々独立して制御することができ
る。従って、先に本発明のスピン塗布方法で説明したよ
うに、水平面内で基板101を回転させ塗布材料の薄膜を
基板101上に作った後、基板101を公転中心側に傾斜させ
た状態で公転させるという塗布方法を上記スピン塗布装
置の第３実施例を用いて実現することができる。

第12図は本発明に係るスピン塗布装置の第４実施例を示
している。この実施例は、基本的な構成及び機能につい
ては、前記した第10図の実施例と略同様であり、同一若
は対応する部材には同一の符号を付した。この実施例
は、遊星回転機構を中空の容器内に収納した点におい
て、前記第10図の実施例と異なっている。

以下、この第４実施例について第12図を参照して説明す
ると、支持部材104は第１半体205と第２半体206とから
構成され、第１半体205には、前記第10図の実施例と同
様に、チルト手段107を介して一対のチャック102が傾動
可能に且つ回転自在に支持されており、また第２半体20
6には中空の回転軸103の上端が一体的に固着され、この
回転軸103の下端には第１被動歯車151が取り付けられて
おり、この第１被動歯車151は基板公転用の第１モータ1
52の回転軸153に固着された第１駆動歯車154に噛合され
ている。従って、第１モータ152が作動すると、第１駆
動歯車154及び第１被動歯車151を介して回転軸103が回
転駆動され、これに伴い、回転軸103と一体に結合され
た支持部材104が回転軸103とともに回転してチャック10
2が回転軸103回りに公転する。また、支持部材104の第
１及び第２半体205、206並びに回転軸103には、第10図
の実施例と同様に、チャック102の吸着口102aを真空に
するための通気路104a、103aや第１及び第２油圧シリン
ダ123、124に作動流体を供給するための油路134、135、
136、137が形成されている。

支持部材104の第１及び第２半体205、206の合わせ面間
には閉空間207が形成され、この閉空間207には、第１半
体205に一対の軸受け108を介して回転自在に支持された
一対のスピンドル109の下端が第１半体205の下面より延
出され、これらスピンドル109の下端には第２被動歯車1
61が同心状にそれぞれ固着されている。

これらの第２被動歯車161は、支持部材104の第２半体20
6の中心部及び中空の回転軸103を貫通して延びる伝導軸
210の上端に固着された第２駆動歯車164にその直径方向
に互いに反対側の位置で噛合されている。伝導軸210は
その上、下端近くにおいて１対の軸受け212を介して第
２半体206及び回転軸103に回転自在に支持されており、
伝導軸210の下端には第３被動歯車165が固着され、この
第３被動歯車165は、チャック自転用の第２モータ166の
回転軸167に固着された第３駆動歯車168と噛合してお
り、第２モータ166が回転すると、第３駆動歯車168及び
第３被動歯車165を介して伝導軸210が回転駆動され、さ
らに第２駆動歯車164及び第２被動歯車161を介してチャ
ック102が自軸周りに回転駆動される。なお、図示して
いないが、この伝導軸210あるいは回転軸103の少なくと
もどちらか一方は軸受け等を介してハウジング等の固定
部材に回転自在に支持されている。

この実施例の動拶は、前記第１実施例の動作と略同様で
あるのでその詳細な説明は省略する。

この第４実施例では、遊星回転機構を構成する第２駆動
及び被動歯車164、161等の歯車群が、第１及び第２半体
205、206により構成される支持部材104内部の閉空間207
に収容されているため、これらの歯車164、161から発生
した塵埃が支持部材104外に漏出することは殆ど無く、
従ってそれらがチャック102に保持される基板101に及ん
で基板101上に形成されるパターン等の欠陥の原因とな
ることも無い。また逆に、基板101上より振り飛ばされ
た塗布材料が直接これらの歯車164、161に付着したり、
それらの噛合部分に入り込んで動作不良を引き起こした
り、さらに発塵源となったりするおを防止することがで
きる。

第13図は、前記第12図の第４実施例の改良例を示してお
り、その基本的な構成、機能及び動作は第４実施例と同
様であるので、ここではその構成上の相違点と新たに加
わった機能についてのみ説明する。この第13図におい
て、中空の回転軸103を貫通する伝導軸210には、その軸
方向全長に亙って貫通孔210aが形成され、この貫通孔21
0aの上端は支持部材104内に形成されて第２駆動及び被
動歯車164、161を収容する閉空間207に開口しており、
またその下端は排気路220aを有するカプリング220を介
して排気管221に接続されており、このカプリング220と
伝導軸210の下端面との間には環状のシール222が介挿さ
れ、このシール222を介してカプリング220と伝導軸210
とは相対回転自在に且つ気密に接続されている。排気管
221は図示しない外部の排気装置に接続されている。こ
のようにして、支持部材104内の空間207は、伝導軸210
内の貫通孔210a、カプリング220内の排気路220a、及び
排気管221を介して排気装置により外部へ排気されてお
り、従って該空間207は支持部材104の周囲に対して負圧
となっている。このため、例えば、支持部材104の第１
及び第２半体205、206の接合面間に僅から隙間が存在し
たとしても、それらの半体間の空間207が負圧となって
いるため、歯車164、161等から発生したダスト等の微粒
子汚染物が該空間207から第１及び第２半体205、206間
の隙間を通して支持部材104の外部へ漏出することは無
く、それが基板101上に付着して汚染するのを一層確実
に防止することができる。

また、第１モータ及び第２モータ152、166の夫々の回転
軸153、167上には、ロータリーエンコーダ等の第１及び
第２回転角／回転数検出器230、231が取り付けられてお
り、これら第１及び第２回転角／回転数検出器230、231
は第１及び第２モータ152、166の回転角及び回転数を夫
々検出し、検出値を信号として外部の制御回路（図示せ
ず）に伝達するようになっている。チャック102の自転
角度（位相）及び自転速度並びに公転角度（位相）及び
公転速度は、遊星回転機構の各歯車の歯数と第１及び第
２モータ152、166の回転角／回転数から算術演算により
求めることができる。歯車の歯数は一度セットすると殆
どの場合固定されるので、第１及び第２モータ152、166
の回転角／回転数さえモーターしておけば常にチャック
102の自転、公転に関する状態量、すなわち回転角（位
相）や回転速度等を算出することができる。

第14図は、上記本発明スピン塗布装置の第４実施例の動
作を制御する制御装置を示すブロック図であり、このう
ち上半分は制御系を表し、下半分は駆動系を表してい
る。まず、制御系は、チルト手段制御回路252と、モー
タ制御回路253と、チャック位相／回転数演算回路254と
からなり、駆動系251は、第１及び第２モータ152、166
と、第１及び第２回転角／回転数検出器230、231と、チ
ルト手段駆動装置145と、第１及び第２油圧シリンダ12
0、121とからなる。

まず、制御系250のモータ制御回路253からの制御信号に
基づき第１及び第２モータ152、166がそれぞれ駆動され
ると、これらのモータ152、166の回転状態が回転角／回
転数検出器230、231からの検出信号によりモーターさ
れ、これらの検出信号はチャック位相／回転数演算回路
254へ送られる。チャック位相／回転数演算回路254で
は、モータ152、166の回転角／回転数検出信号と遊星運
動機構の各歯車の歯数データを基にしてチャック102の
自転、公転の回転角（位相）及び回転数を算出し、チャ
ック102に関するこれらの情報を信号によりチルト手段
制御回路252へ送り、またモータ152、166に関する情報
を信号によりモータ制御回路253へ送る。

チルト手段制御回路252では、チャック位相／回転数演
算回路254からのチャック102の自転／公転情報に基づき
必要に応じて制御信号をチルト手段駆動装置145へ送
る。チルト手段駆動装置145は入力された制御信号に応
じて第１及び第２油圧シリンダ120、121へ送る作動流体
の量を加減してチルト手段107を作動させる。一方、モ
ータ制御回路253では、チャック位相／回転数演算回路2
54からの信号とチルト手段制御回路252からの制御信号
に基づきモータの作動状態についての制御信号を第１及
び第２モータ152、166へ送る。このように、モータ15
2、166の制御に関しては閉ループ制御、一方チルト手段
107の制御に関しては閉ループ制御となっている。

次に、上記回転角／回転数検出器230、231を備えたスピ
ン塗布装置を用いた本発明スピン塗布方法の第２実施例
について第15図のフローチャートを参照して説明する。

先に、第４、５、８及び９図を用いて説明したように、
表面の平坦なスピン塗布膜を得るためには、水平面内で
の基板回転に引き続き、チャックを公転中心側に傾斜さ
せて公転させる方法が有効である。しかし、装置の構造
上、チャックの傾斜方向が全周360゜のいずれの方向で
も可能なわけではなく、或る一方向（その逆方向も含め
て）にしか傾斜させることが出来ない場合には、チャッ
クを公転中心側に傾斜させるためには、チャックの位相
をその方向に合わせる必要が生じる。第15図はそのため
のスピン塗布装置の制御方法を示している。

第15図において、まず最初の水平面内での基板回転（ス
ピン１）実施時には、第１及び第２モータ152、166の回
転角／回転数信号によりチャック102の位相を算出し、
スピン１停止時にチャック102の傾斜方向が公転中心側
に向くように第１及び第２モータ152、166の位相を制御
して停止させる。続いて、チャック102を自転させずに
公転のみさせる条件下で第１及び第２モータ152、166を
駆動させてスピン２のシーケンスへ移る。この時、第１
及び第２モータ152、166の回転角／回転数を検出し、こ
れらによりチャック102の公転速度を算出してチャック1
02に作用する遠心力を求める。この遠心力と重力との合
力の作用方向を算出し、これに応じてチャック102のチ
ルト角を求める。典型的には、この合力の方向と基板表
面が常に直角になるようにチルト角を決定し、チルト手
段107を駆動する。この場合、スピン２の立ち上がり、
立ち下がり時のチャック102の公転速度の変化に追従し
て第５及び第９図に示したようにチルト角度も変化させ
る。

尚、上記スピン塗布装置の第２乃至第４実施例では、チ
ャック102及びチルト手段107等を一対設けた場合につい
て説明したが、これに限られるものではなく、装置の構
造上の制約の範囲内で何対設けても構わないし、数を増
やすとそれだけ基板の処理効率は向上する。

また、上記スピン塗布装置の実施例においては、チャッ
ク102を自転／公転駆動する遊星回転機構として歯車を
用いたが、歯車の代わりに摩擦力あるいはベルトやチエ
ーン等を用いて回転動力を伝導する方法を採用しても同
様の機能が得られる。

更に、支持部材104の形状は棒状のものに限らず、角板
状あるいは円板状の形状であってもよく、特に円板状に
した場合には、支持部材の回転による装置内の気流の乱
れの発生を低減できるメリットがある。

また、第１及び第２油管143、144を回転軸103内の油路1
36、137に流体密状に接続する環状カプリング114や、排
気管221を伝導軸210内の排気路210aに気密に接続するカ
プリング220は、第12図や第13図に示したものばかりで
なく、それらの配設位置や形状をそれらの機能を損なわ
ない範囲でどのように変更しても構わない。

更にまた、第12図及び第13図の実施例では、第２駆動及
び被動歯車164、161を支持部材104内の空間207に収納す
るようにしたが、更に第１及び第２モータ152、166や第
１駆動及び被動歯車154,151、第３駆動歯車168及び第３
被動歯車165をも中空容器内に収納すれば、これらの部
材からの発塵による悪影響を未然に防止でき、更にこの
中空容器内を周囲に対して負圧となるように排気してお
けば上記発塵による悪影響の防止効果を一層高めること
ができる。

第16図及び第17繊は本発明の更に別の実施例を示してい
る。この実施例は、ドーナツ状のカップ体の外周部ばか
りでなく中心部をも外部に連通させて、ノズルより基板
上に供給された余分な塗布材料を回収して外部へ効率良
く排出できるようにしたものである。この実施例のスピ
ン塗布装置は、前記第12図の実施例と概ね同様の構成で
あるが、カップ体270とその関連部分の構成のみが一部
相違している。以下、相違点について主として第17図を
参照して説明すると、カップ体270は、チャック102、チ
ルト手段107及びスピンドル109の上部を覆うように形成
された、外側の第１カップ半体271と内側の第２カップ
半体272とからなり、カップ体270の上部には環状の開口
273が設けられている。カップ体270の開口273に臨むよ
うに配置されたノズル172から基板101上に供給されて基
板表面に塗布された後の残りの塗布材料を排出するた
め、外側の第１カップ半体271の下部外周部に外側ドレ
イン274が設けられていると共に、内側の第２カップ半
体272の下部の中心部にも中空円筒状の内側ドレイン275
が設けられている。内側ドレイン275は、その上端にお
いて通口276を介して第２カップ半体272の内部に連通し
ており、また支持部材104の第１及び第２半体205、206
の中心部及び中空の伝導軸210を貫通して下方に延びて
外部に連通している（第16図参照）。第16図に示すよう
に、内側ドレイン275の上端部外周面と支持部材104の第
１半体205の内周面間にはシール277が配設され、このシ
ール277によりカップ体270の内部と支持部材104の中空
内部207とは流体密状に遮断されている。

次に、この実施例の作用について第16図を参照して説明
する。ノズル171から基板101上に供給された塗布材料は
その一部が基板101の回転により基板上から振り飛ばさ
れるが、この際、公転中心（支持部材104の回転中心す
なわち回転軸103の中心軸線）に対して外方へ向かう塗
布材料は外側の第１カップ半体271の内周壁に付着し、
内周壁面を伝って流れ落ちた後、外側ドレイン274に集
められ装置外へ排出される。一方、公転中心の内方へ飛
散した塗布材料の液滴は内側の第２カップ半体272の内
周壁に付着し、内周壁面を伝って流れ落ちた後、通口27
6より内側ドレイン275に流入して装置外へ排出される。
また、シール277は、カップ体内で飛散した塗布材料が
内側ドレイン275外周と支持部材104の第１半体205内周
との間から支持部材104の内部空間207に侵入するのを防
止している。このようにして、基板101上から飛散する
塗布材料を極めて効率良くカップ体270内に回収して
内、外ドレイン275、274から装置外に排出することがで
き、従って支持部材104の上面や、支持部材104内に配置
される第２駆動及び被動歯車164、161等が塗布材料によ
り汚染されるのを防止することができる。この実施例の
上記以外の構成及び作用は前記第12図の実施例と略同様
である。

ところで、以上の実施例では、基板101の回転により基
板101上より飛散した塗布材料の液滴はカップ体270の内
周面に付着し、そこを伝って内、外ドレイン275、274に
流れ落ちるようになっている。このため、基板101の処
理が連続しない場合等には、以前の処理工程でカップ体
270の内周面に付着した塗布材料からその中に含まれて
いる溶媒が揮発し、塗布材料が固化してその被膜がカッ
プ体270の内周面に生成されたり、更にはこの固形被膜
の一部が分離して次の基板処理の際に基板表面に付着し
て欠陥の原因となることがあった。また、基板101の処
理数が増えるに従って、カップ体270の内部に飛散した
塗布材料がカップ体270の内周面に次第に積み重なり該
内周面が汚れてゆき、最終的には洗浄が必要であった。

そこで、第18図乃至第20図には、上記不具合を解消しう
る、本発明の更に別の実施例が示されている。この実施
例は、前記第16図及び第17図の実施例に溶媒導入機構28
0を付加したものである。この実施例では、第１及び第
２カップ半体271、272の各側壁部が外側壁271a、272aと
内側壁271b、272bによりそれぞれ構成され、それら内、
外側壁間に中空の供給路281a、281bがそれぞれ形成さ
れ、それらの供給路281a、281bに溶媒供給源282より溶
媒導入管283を介して溶媒を供給し得るようになってい
る。溶媒導入管283は一端において溶媒供給源282に接続
され、また他端において複数に分岐してカップ体270内
の中空の供給路281a、281bに接続されている。溶媒供給
源282は溶媒285を収容した容器284と、この容器284内の
溶媒285に圧力を加えて該溶媒285を溶媒導入管283を介
してカップ体270内の供給路281a、281bへ供給するため
の加圧管286とからなり、加圧管286の一端は容器284内
の溶媒285の液面上の空間287内に挿入されるとともに、
他端は圧縮空気、圧縮窒素等の高圧気体を収容した加圧
源（図示せず）に接続されている。溶媒導入管283の途
中には溶媒供給量を調節するための電磁弁等の制御弁28
8が介挿されている。

また、第20図に拡大して示すように、第１及び第２カッ
プ半体271、272の側壁部の内側壁271b、272bには多数の
微細な通孔290が形成されており、これらめ通孔290を介
して、供給路281a、281bは第１及び第２カップ半体27
1、272によりそれらの間に形成された内部空間に連通し
ている。例えば、第１及び第２カップ半体271、272のフ
レームとなる外側壁271a、272aはステンレス等の金属に
より形成され、また多数の通孔290を有する内側壁271
b、272bは多数の微細孔を有する発泡ウレタン等の発泡
体や、アルミ焼結材、セラミックス等の多孔質材料によ
り形成される。なお、カップ体270の内側壁271b、272b
は多数の微細な通孔290を穿設した金属板等により形成
してもよい。

次に、この実施例の作用について説明すると、加圧管28
6を介して加圧源（図示せず）より容器284内の溶媒285
に適当な圧力を加えた状態で制御弁288を解放すると、
容器284内の溶媒285が溶媒導入管283を介してカップ体2
70の側壁部内の供給路281a、281bに流入し、カップ体27
0の内側壁271b、272bの多数の微細な通孔290を介してカ
ップ体の内側壁271b、272bの表面に徐々に浸出してく
る。このようにカップ体内側壁271b、272bの表面に染み
出した溶媒285はその内側壁表面を濡らし、基板101上か
ら飛散してくる塗布材料の固化を防止すると同時に、内
側壁表面を洗浄する。このようにして溶媒285によりカ
ップ体内側壁表面から洗い流された塗布材料は効率良く
内、外ドレイン275、274から排出される。

また、この実施例において、スピン塗布時にノズル171
を第18図の図示位置から上方あるいは他の位置に移動さ
せてカップ体270上部の開口273を蓋（図示せず）により
閉じれば、微細な通孔290を通してカップ体内側壁より
浸出した溶媒285から揮発した溶媒蒸気の濃度が高ま
り、カップ体270内のスピン塗布雰囲気を溶媒285の蒸気
雰囲気に保持することができ、基板101上に生成される
塗布材料の膜からの溶媒の揮発速度を低減あるいは抑制
することができる。また、チャック102を傾倒させた状
態での支持部材104の回転中においては、基板101上に形
成される塗布材料膜の表面の平坦化効果を維持すること
ができる。

第18図及び第19図の実施例では、溶媒の供給路281a、28
1bをカップ体270の側壁部にしか設けなかったが、カッ
プ体の底部に同様の溶媒の供給路を設けてもよい。ま
た、上記実施例では導入する溶媒285が１種類だけの場
合を示したが、カップ体270の壁部内に複数のそれぞれ
独立した供給路を形成し、各供給路にそれぞれ別個の溶
媒導入管を接続して、複数の異なる溶媒供給源から対応
する溶媒導入管を介して各供給路に別々の溶媒を導入す
るようにしてもよい。更に、溶媒としては、塗布材料の
溶媒ばかりでなく塗布材料を溶かし得る他の溶剤を用い
てもよいし、溶媒と溶剤とを混合したものを用いてもよ
い。

次に、この発明のスピン塗布装置を用いてレジストパタ
ーンを基板上に形成する場合について説明する。第21図
はレジストパターンの形成工程を示すフローチャートで
あり、第22（ａ）図乃至第22（ｄ）図は表面に凹凸のあ
る基板上にレジストパターンを形成する過程でのレジス
トパターンの断面形状の変化を表している。まず、第22
（ａ）図に示すような、表面にダイシングライン等の種
々の凹凸形状を有する基板601上に、本発明スピン塗布
装置を用いてレジスト材料を塗布する。この際、基板60
1の傾斜角、自転速度及び公転速度等の塗布条件を適当
に制御して、すなわち基板601の自転や公転により基板
表面に垂直に作用する遠心力成分によりレジスト膜602
の表面が下地の凹凸に拘わらず平坦になるように塗布条
件を制御して、第22（ｂ）図に示すように、基板601上
に表面が平坦で塗布ムラの無いレジスト膜602を形成す
る（第21図のレジスト塗布工程）。続いて、第22（ｃ）
図に示すように、所望の露光パターンを持つマスク603
を介してUV光（紫外線）等をレジスト膜602に照射して
レジスト膜602表面にパターンを転写し（第21図のパタ
ーン露光工程）、それからレジスト膜を現像することに
より第22（ｄ）図に示すようなレジストパターン602a、
602b、602c及び602dが得られる（第21図の現像工程）。
このようにして得られたレジストパターンは寸法精度が
高く、下地すなわち基板表面の凹凸に影響されることな
く、バラツキの無い略一定の線幅となる。

次に、この発明のスピン塗布装置を用いてカラーフィル
タを基板上に形成する場合について説明する。第23図は
カラーフィルタの形成工程を示すフローチャートであ
り、第24（ａ）図乃至第24（ｈ）図は表面に凹凸のある
基板上にカラーフィルタを形成する過程でのカラーフィ
ルタの断面形状の変化を表している。まず、第24（ａ）
図に示すように、CCD等の固体撮像素子が形成されたシ
リコン基板701上のチップ間分離のためのダイシングラ
イン703、受光部であるフォトダイオード704とこれらを
分離する分離酸化膜705等の種々の素子による基板表面
の凹凸を緩和するために、まず、例えばネガ型の感光性
を有する透明材料を用いて、レジスト材料の場合と同様
に、本発明スピン塗布装置を用いて平坦な感光性透明膜
706を形成する（第23図の感光性透明膜塗布工程）。こ
のようにして塗布された平坦な感光性透明膜706は、第2
4（ｂ）図に示すように、下地の凹凸に関係無く表面が
平坦で且つ塗布ムラ等が無い。続いて、第24（ｃ）図に
示すように、ダイシングライン703やボンディングパッ
ド（図示せず）等の上の不要な平坦な感光性透明膜706
を除去するために、マスク707を介してUV光等により必
要部分のみを露光する（第23図の露光工程）。それから
現像処理を施すことにより、第24（ｄ）図に示すよう
に、ネガ型の平坦な感光性透明膜706の未露光部分が除
去され露光部分のみが残る（第23図の現像工程）。続い
て、第24（ｅ）図に示すように、先の平坦な感光性透明
膜706の場合と同様の手法を用いてゼラチンをスピン塗
布し、表面が平坦で塗布ムラの無いゼラチン膜708を得
る（第23図ゼラチン膜塗布工程）。このゼラチン膜708
は着色パターンの母材となるよう、予め溶液状態の時に
重クロム酸アンモニウム等によりネガ型の感光性が付与
されている。このゼラチン膜708に所望のパターンを有
するマスク709を用いてUV光等により露光する（第23図
の露光工程）。次に、第24（ｆ）図に示すように、露光
されたゼラチン膜708を現像処理してゼラチン膜の第１
のパターン710が得られる（第23図の現像工程）。第24
（ｇ）図に示すように、これを所定の染料、例えば赤染
料で染色して赤フィルタ711が得られる（第23図染色工
程）。この後、必要な色数に応じて第24（ｂ）図乃至第
24（ｇ）図の工程を繰り返し、順次、第１中間膜712、
青フィルタ713、第２中間膜714、緑フィルタ715、保護
膜716を形成して第24（ｈ）図に示すような７層構造の
カラーフィルタが得られる。この際、カラーフィルタ材
料のネガ型の透明材料及びゼラチン感光液を基板701上
にスピン塗布する場合には、前述した本発明のスピン塗
布装置を用て、各工程で表面が平坦で膜厚の均一な塗布
膜を形成する。

なお、上記実施例では、感光性透明膜706としてネガ型
のカラーフィルタ材料を用いた場合を示したが、塗布す
る材料の感光性は必要に応じてポジ型、ネガ型のいずれ
であってもよく、更には感光性を持たない材料、例えば
熱硬化性の材料であってもよく、不要部分はエッチング
等の他の手段により除去してもよい。また、フィルタ膜
材料としてはゼラチン膜を例示したが、これはカゼイ
ン、グルー等の天然物質あるいはPVA（ポリビニルアル
コール）等の合成物質等の染色可能な材料であってもよ
い。さらに広く言えば、このような染色タイプのカラー
フィルタに限られるものでななく、色素、顔料等をフィ
ルタ材料として用いたカラーフィルタを形成する際にも
本発明を適用することができる。

また、カラーフィルタの形成方法は上記実施例で示した
赤、青、緑の原色系フィルタに限られるものではなく、
補色系のフィルタでもよいことは勿論である。基板701
は固体撮像素子の形成されたシリコン基板に限られるも
のではなく、単なるシリコン基板（ベアシリコン基板）
あるいはガラス、石英等の光透過性の基板であってもよ
い。更に、上記実施例では、着色フィルタ層と透明層と
を交互に積層した積層タイプのカラーフィルタの形成方
法を示したが、このような方式に限らずゼラチン膜染色
後固着処理して中間膜を省略したタイプのものや平坦化
のための透明膜、保護膜を省略した構造のもの、あるい
は特定のゼラチン膜上にのみ中間膜を形成した構造のも
の等であってもよく、本発明方法はどのようなタイプの
フィルタにも適用可能である。また、上記実施例では、
フィルタ膜及び透明膜を形成する際の総ての工程で本発
明スピン塗布装置を用いたが、必要に応じて従来のスピ
ン塗布装置を併用してもよい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、基板を保持するチャ
ックを自転及び公転させ得るようにするとともに、チル
ト手段によりチャックをその公転中心側に傾斜させ得る
ように構成したので、基板を保持したチャックの基板取
り付け面をその公転中心側に傾斜させた状態でチャック
を公転させることにより、基板の表面に対して直角な方
向の加速度成分を、基板上に塗布された塗布材料に対し
て作用させることができ、従って、基板の表面に凹凸が
あったとしても、表面が平坦で且つ塗布ムラのない塗布
膜を基板上に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明によるスピン塗布装置の第１実施例を
示す概略断面図、第２図はその平面図、第３（ａ）図及
び第３（ｂ）図は第１図のスピン塗布装置のそれぞれ異
なる作動状態を表す部分断面図、第４図は第１図のスピ
ン塗布装置を用いたこの発明のスピン塗布方法の第１実
施例を示すフローチャート、第５図は第４図のスピン塗
布方法の各工程の作動タイミングを示すタイミングチャ
ート、第６（ａ）図、第６（ｂ）及び第６（ｃ）図は表
面の凹凸状態が異なる基板上に、第４図のスピン塗布方
法により作成された塗布膜の状態を示す断面図、第７図
はこの発明によるスピン塗布装置の第２実施例の概略断
面図、第８図は第７図のスピン塗布装置を用いたこの発
明のスピン塗布方法の第２実施例を示すフローチャー
ト、第９図は第７図のスピン塗布方法の各工程の作動タ
イミングを示すタイミングチャート、第10図はこの発明
によるスピン塗布装置の第３実施例の概略断面図、第11
（ａ）図及び第11（ｂ）図は第10図のスピン塗布装置の
それぞれ異なる作動状態を表す部分断面図、第12図はこ
の発明によるスピン塗布装置の第４実施例の概略断面
図、第13図はこの発明によるスピン塗布装置の第５実施
例の概略断面図、第14図は第13図のスピン塗布装置の制
御回路を示すブロック図、第15図は第13図のスピン塗布
装置を用いた、この発明のスピン塗布方法の第３実施例
を示すフローチャート、第16図はこの発明によるスピン
塗布装置の第６実施例の概略断面図、第17図は第16図の
スピン塗布装置のカップ体の縦断面図、第18図はこの発
明によるスピン塗布装置の第７実施例の概略断面図、第
19図は第18図のスピン塗布装置の溶媒導入機構及びカッ
プ体の縦断面図、第20図は第19図のＡ部の拡大断面図、
第21図はこの発明によるレジストパターンの形成工程を
示すフローチャート、第22（ａ）図乃至第22（ｄ）図は
表面に凹凸のある基板上にレジストパターンを形成する
過程でのレジストパターンの断面形状の変化を示す断面
図、第23図はカラーフィルタの形成工程を示すフローチ
ャート、第24（ａ）図乃至第24（ｈ）図は表面に凹凸の
ある基板上にカラーフィルタを形成する過程でのカラー
フィルタの断面形状の変化を示す断面図、第25図は従来
のスピン塗布装置を示す概略断面図、第26（ａ）図、第
26（ｂ）図及び第26（ｃ）図は第25図のスピン塗布装置
を用いた従来のスピン塗布方法を示す模式図、第27図は
第25図のスピン塗布装置を用いて従来のスピン塗布方法
により基板表面に形成された塗布膜の平面図、及び第28
（ａ）図、第28（ｂ）図及び第28（ｃ）図は表面の凹凸
状態の異なる基板上に、第25図のスピン塗布装置を用い
て従来のスピン塗布方法により形成された塗布膜の断面
図である。 図において、１、101は基板;2、102はチャック;3、103
は回転軸;4、104は支持部材;5、150は第１回転手段;6、
160は第２回転手段;7、107はチルト手段;8、171は供給
手段;20、280は溶媒導入手段;270はカップ体;271a、272
aは外側壁;271b、271bは内側壁;281a、282bは供給路;29
0は通孔である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転する基板上に塗布材料を塗布して薄膜
   を形成するスピン塗布装置であって、基板を保持するチ
   ャックと、回転軸に固着され、前記チャックを回転自在
   に支持する支持部材と、前記回転軸を前記支持部材とと
   もに回転させる第１回転手段と、前記チャックを前記支
   持部材に対して回転させる第２回転手段と、前記チャッ
   クを前記支持部材の回転軸側に傾斜させうるチルト手段
   と、前記基板上に塗布材料を供給する供給手段と、から
   なるスピン塗布装置。
2. 【請求項２】前記基板の回転中、溶媒を該基板の周囲に
   導入してその周囲雰囲気を溶媒雰囲気に保つ溶媒導入手
   段を更に備える、特許請求の範囲第１項記載のスピン塗
   布装置。
3. 【請求項３】前記スピン塗布装置は少なくとも基板を保
   持する前記チャックを取り囲むカップ体を更に有し、こ
   のカップ体は外側壁と多数の通孔を有する内側壁とから
   なり、それら外、内側壁間に、前記溶媒導入手段に接続
   される供給路が形成された、特許請求の範囲第２項記載
   のスピン塗布装置。
4. 【請求項４】回転する基板上に塗布材料を塗布して薄膜
   を形成するスピン塗布方法であって、基板上に塗布材料
   を供給する第１工程と、前記基板を自転させて前記塗布
   材料を基板表面全体に広げる第２工程と、前記基板表面
   をその公転面に対して傾斜させた状態で該基板を公転さ
   せる第３工程と、からなるスピン塗布方法。
5. 【請求項５】前記基板の回転中、溶媒を該基板の周囲に
   導入してその周囲雰囲気を溶媒雰囲気に保つ工程を更に
   有する、特許請求の範囲第４項記載のスピン塗布方法。