JPH07185450A - 基板への塗布液塗布方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 塗布液の使用効率を高く維持しながら、基板
表面に輪郭型プロファイルを持った塗布液被膜を再現性
良く形成できる方法を提供する。 【構成】 基板上に供給され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過程におい
て、基板１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16を基板の回転方向と同じ方向に基板と
同一速度で回転させ、その過程に引き続き、基板の回転
速度と回転板の回転速度との間に相対速度差を設けて基
板表面からの塗布液中の溶剤の蒸発を促進させる。

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（ＬＣＤ）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
給して基板の表面に塗布液を薄膜状に塗布する方法、特
に、基板を鉛直軸回りに回転させることにより基板の表
面全体に塗布液を塗り拡げ塗布液の被膜を均一な膜厚に
調整する回転式の塗布液塗布方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ、ガラス基板、マスク基板
等の基板の表面に回転塗布（スピニング）方式により塗
布液の被膜を形成する場合、通常は、基板上にフォトレ
ジスト液等の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、水平面
内において鉛直軸回りに回転させ、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
燥させる（振切り工程）ようにしている。

【０００３】上記した回転塗布方式により塗布液の被膜
を形成する場合においては、基板上への塗布液供給後基
板の回転中に、基板表面から塗布液中の溶剤の蒸発が促
進され、これにより基板表面に塗布された塗布液の粘度
が次第に上がって流動性が低下する。この結果、図９の
（ａ）に示すように、基板１の表面には、基板１の表面
形状に沿って一定厚みを有するプロファイル（以下、
「輪郭型プロファイル」という）を持った塗布液被膜２
が形成される。

【０００４】また、回転塗布方式による塗布装置とし
て、例えば実公平４−５１９０７号公報等には、基板を
吸着保持して鉛直軸回りに回転させるスピンナーをケー
ス内に配設し、スピンナーとケースとを結合して一体的
に回転可能とし、ケース上面に基板を出入させるための
開口を形設し、その開口に開閉自在の蓋体を設けた塗布
装置が開示されている。この塗布装置では、ケースは密
閉状態でスピンナーと一体的に回転するため、基板の回
転中においてもケース内で気流が生じにくく、基板表面
に滴下した塗布液に空気が抵抗となって作用することが
少ないため、基板表面上の塗布液が空気抵抗を受けて基
板端縁部に隆起するといったことが無くなり、基板表面
に均一な厚みの塗布液被膜が形成されることになる。ま
た、特公昭５７−４８９８０号公報、特公昭５８−４５
８８号公報、特開平１−１３５５６５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
装置によると、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が回転塗布され
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、塗布液溶剤成分の蒸発促進による塗布液粘度の上昇
に起因して遠心力による拡散流動が弱まるといったこと
が防止され、部分的に塗布液被膜の厚みが厚くなるのが
抑制されて塗布の均一性が高められる。また、特開昭６
０−１４３８７１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抑制さ
れるので、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】従来一般的に行なわれ
ている回転塗布方法では、基板の回転中において基板表
面から塗布液中の溶剤の蒸発が促進されるため、塗布液
の使用効率が悪い、といった問題点がある。また、塗布
操作途中において塗布液の粘度が上昇し流動特性が変化
することになるため、各基板間で塗布液被膜の厚みやプ
ロファイルに差異が生じたりする、といった問題点があ
る。そして、これらの問題は、基板が大型化するに伴っ
てより顕著になる。

【０００６】一方、上記した各号公報にそれぞれ開示さ
れた塗布装置では、基板回転中における基板表面からの
塗布液中の溶剤の蒸発が抑制されることにより、塗布操
作終了時（基板の回転停止時）においても、基板表面に
塗布された塗布液の粘度上昇が少なく、基板表面に塗布
された塗布液は流動性を有している。このため、塗布操
作終了直後（基板の回転停止直後）においては図９
（ａ）に示すようなプロファイルを持った塗布液被膜が
形成されるが、塗布操作終了直後から乾燥工程までの間
或いは乾燥工程での昇温過程中などに、基板表面に塗布
された塗布液が流動して、図９の（ｂ）に示すように、
表面が平坦化されたプロファイル（以下、「平坦型プロ
ファイル」という）を持った塗布液被膜３へ移行する。
ところが、例えばフォトエッチング工程において基板表
面にフォトレジスト膜を形成するような場合には、輪郭
型プロファイルを持った被膜を形成する必要があり、上
記各号公報に記載されたような構成の塗布装置では、そ
の要求に従ったプロファイルを持つフォトレジスト膜が
得られにくい、といった問題点がある。

【０００７】この発明は、以上のような事情に基づいて
なされたものであり、塗布液の使用効率を高く維持しな
がら、基板表面に図９の（ａ）に示すような輪郭型プロ
ファイルを持った塗布液被膜を再現性良く形成すること
ができる基板への塗布液塗布方法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】この発明に係る基板への
塗布液塗布方法は、少なくとも、拡散流動過程において
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
膜厚に調整する振切り過程において、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
同じ方向に、基板と実質的に同一速度で回転させ、その
振切り過程に引き続き、基板の回転速度と前記回転板の
回転速度との間に相対速度差を設けて基板表面からの塗
布液の溶剤蒸発を促進させる蒸発促進過程を経るように
している。蒸発促進過程において基板の回転速度と回転
板の回転速度との間に相対速度差を設ける手段として
は、基板の回転を停止させて、かつ、回転板を振切り過
程から連続して同一速度で回転させたり、回転板の回転
を停止させ、かつ、基板を振切り過程から連続して同一
速度で回転させたり、基板を振切り過程から連続して同
一速度で回転させ、かつ、回転板を基板と反対方向に回
転させたり、回転板を振切り過程から連続して同一速度
で回転させ、かつ、基板を振切り過程におけるより低速
で回転させたりするようにすればよい。さらに、蒸発促
進過程において、基板表面へ基体を供給するか又は回転
板と基板とで囲まれた閉鎖空間を大気開放してもよく、
或いは、基板と回転板との間の距離を拡散流動過程及び
振切り過程におけるよりも大きくしてもよい。

【０００９】

【作用】上記した基板への塗布液塗布方法により基板の
表面に塗布液を塗布するようにしたときは、振切り過程
において、基板の上方に基板と僅かな間隔を設けて平行
に配置された回転板が、基板の回転軸心と同一の鉛直軸
回りに、基板の回転方向と同じ方向に、基板と実質的に
同一速度で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からの溶剤蒸発が抑
制される。そして、振切り過程終了時点では、基板表面
に図９の（ａ）に示すような一定の輪郭型プロファイル
を持った一定の厚みを有する塗布液被膜が形成される。
また、振切り過程に引き続く蒸発促進過程において、基
板の回転速度と回転板の回転速度との間に相対速度差が
設けられ、基板が回転板に対して相対的に回転すること
により、基板表面からの塗布液の溶剤蒸発が促進され、
基板表面に塗布された塗布液の粘度が次第に上がって流
動性が低下する。この結果、基板表面に形成された塗布
液被膜が、塗布操作終了直後から乾燥工程までの間や乾
燥工程での昇温過程中などに、図９の（ａ）に示すよう
な輪郭型プロファイルから図９の（ｂ）に示すような平
坦型プロファイルへ移行することが防止される。

【００１０】

【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。

【００１１】図１は、この発明に係る基板への塗布液塗
布方法を実施するための装置の構成の１例を示し、塗布
液塗布装置の要部の概略構成を示す一部破断側面図であ
る。この塗布液塗布装置は、基板１を吸着し水平姿勢に
保持して鉛直軸回りに回転させる回転保持台10と、この
回転保持台10と一体的に結合され、回転保持台10と一体
に回転し、上部が開口した扁平状の容器体12と、この容
器体12の上部の開口部14を閉鎖するように配設され、回
転自在に保持された回転板16とを備えて構成されてい
る。

【００１２】回転保持台10には、基板１を真空吸着する
ための複数個の吸着孔18が形成されており、それら吸着
孔18に連通する真空吸引路20が内部に形成されていて、
真空吸引路20は、図示しない真空吸引源、例えば真空ポ
ンプに流路接続されている。この回転保持台10は、基板
回転駆動用モータ22に連結されており、図示しない制御
装置によってモータ22の駆動を制御することにより、回
転保持台10、従って基板１の回転速度を変化させること
ができるようになっている。容器体12は、回転保持台10
に吸着保持される基板１の下面側及び側方側を包囲する
ような形状を有しており、底壁部にドレン孔24が形設さ
れている。また、容器体12には、基板１上に塗布され基
板１の回転動作に伴って基板１の表面から周囲へ飛散し
た塗布液が基板１の方へ撥ね返って基板１の表面に再付
着するのを防止するための塗布液ガイド板26が内部に設
けられている。塗布液ガイド板26は、下方へ斜め外向き
に設けられており、基板１の表面から周囲へ飛散した塗
布液は、この塗布液ガイド板26に衝突して容器体12の内
底部に流下するようになっている。

【００１３】回転板16は、回転保持台10に吸着保持され
る基板１の上方に僅かな間隔を設けて基板１と平行に配
置され、回転板駆動用モータ28に吊下状態で連結されて
いる。そして、モータ28は、取付ホルダー板30に取着さ
れて保持され、取付ホルダー板30は、図示しない昇降駆
動機構によって保持されている。そして、回転板16、モ
ータ28及び取付ホルダー板30は、昇降駆動機構によって
一体的に上下方向へ移動させられる構成となっている。
また、回転板16には、その回転中心部に塗布液供給路32
が形成されており、その給液口34が、回転保持台10に吸
着保持される基板１の中心部に対向する位置に開口して
いる。そして、回転板16は、図示しない制御装置によっ
てモータ28の駆動を制御することにより、正転方向及び
逆転方向に回転速度を変化させて回転させられる。

【００１４】尚、図２に示すように、回転板36に、塗布
液供給路38を形成するとともに、通気路40を形成するよ
うにしてもよい。そして、この通気路40を通し気体を導
入して、回転保持台10に保持された基板１の表面に気体
を吹き付け、或いは、通気路40を通して、容器体12と回
転板36とで囲まれた閉鎖空間を大気開放することができ
るようにする。

【００１５】次に、以上のように構成された塗布液塗布
装置を使用して基板の表面に塗布液の被膜を形成する動
作について、図３ないし図６に示したタイムチャートに
基づき説明する。図３ないし図６のそれぞれの図におい
て、（ａ）が基板１の回転数の経時変化を、（ｂ）が回
転板16の回転数の経時変化を、（ｃ）が基板１に対する
回転板16の相対的回転数の経時変化をそれぞれ示してい
る。

【００１６】まず、回転板16、回転板駆動用モータ28及
び取付ホルダー板30を一体的に上昇させて容器体12の開
口部14を開放し、その開口部14を通して被塗布基板を容
器体12内に搬入し、その基板１を回転保持台10に真空吸
着して保持する。次に、回転板16、モータ28及び取付ホ
ルダー板30を一体的に下降させて、図１に示したように
容器体12の開口部14を回転板16で閉塞する。この状態
で、回転板16の塗布液供給路32を通して基板１の中央部
に塗布液を供給する。塗布液供給後、基板１を回転保持
台10及び容器体12と一体的に回転させ、同時に、回転板
16も回転させる。この際、図３に示すように、回転板16
は、基板１と同一方向に同一速度で回転させられる。ま
た、基板１及び回転板16は、最初は低速、例えば１，０
００ｒｐｍ程度の回転数で回転させ、その過程（拡散流
動過程）で、基板１上に供給された塗布液を遠心力で基
板１の外周方向へ流動させて基板１の表面全体に塗り拡
げ、次いで、基板１及び回転板16の回転数を高速、例え
ば３，０００ｒｐｍ程度に切り換え、その過程（振切り
過程）で、基板１の表面全体に塗り拡げられた塗布液の
うちの余分な部分を基板１の表面から飛散させ、塗布液
の被膜が均一な膜厚になるように調整する。以上の拡散
流動過程及び振切り過程では、図３の（ｃ）に示すよう
に、基板１と回転板16との間で相対的な回転は生じてい
ない（両者間の相対的な回転数がゼロとなっている）の
で、基板１の表面上における空気の流動が少なく、この
ため、基板１の表面からの塗布液中の溶剤の蒸発が抑え
られる。そして、両過程を経ることにより、基板１の表
面に、所定の膜厚を有し輪郭型プロファイルを持った、
流動性のある塗布液被膜が形成される。尚、上記では、
塗布液を基板表面に供給した後基板１及び回転板16を回
転させるようにしているが、塗布液の特性等により別の
塗布液供給形態を選定するようにしてもよく、例えば、
基板１及び回転板16を低速で回転させながら、塗布液を
基板１の表面に供給するようにしてもよい。

【００１７】基板１の表面に所定の膜厚の塗布液被膜が
形成されると、基板１の回転を停止させ、一方、回転板
16は、振切り過程から連続して同一速度で回転させるよ
うにする。これにより、図３の（ｃ）に示すように、基
板１と回転板16との間に相対的な回転が生じ、基板１の
表面上の空気が激しく流動することにより、基板１の表
面からの塗布液中の溶剤の蒸発が促進される。この結
果、基板１の表面に塗布された塗布液の粘度が上昇し流
動性が低下して、基板１の表面に形成された塗布液被膜
のプロファイルが輪郭型から平坦型へ移行するのが防止
される。尚、図２に示したような構成の回転板36を使用
し、この蒸発促進過程において、通気路40を通して基板
１の表面へ気体を供給し、或いは、通気路40を通して、
容器体12と回転板36とで囲まれた閉鎖空間を大気開放す
ることにより、塗布液中の溶剤の蒸発をさらに促進する
ようにしてもよい。この場合、拡散流動過程及び振切り
過程においては、通気路40を閉塞しておく必要がある。

【００１８】蒸発促進過程が終了すると、回転板16の回
転も停止させ、回転板16、モータ28及び取付ホルダー板
30を一体的に上昇させて容器体12の開口部14を開放し、
表面に塗布液被膜が形成された基板１を容器体12外へ搬
出する。

【００１９】蒸発促進過程において基板１の回転速度と
回転板16の回転速度との間に相対速度差を設ける方法と
しては、図３に示した上記方法以外にも、種々の方法を
採り得る。例えば、図４に示すように、振切り過程が終
了した時点で回転板16の回転を停止させ、一方、基板１
を振切り過程から連続して同一速度で回転させるように
したり、図５に示すように、振切り過程が終了した時点
で回転板16を逆方向へ回転させ、一方、基板１を振切り
過程から連続して同一速度で回転させるようにしたり、
図６に示すように、振切り過程が終了した時点で基板１
の回転数を小さくし、例えば５００ｒｐｍ程度に落と
し、一方、回転板16を振切り過程から連続して同一速度
で回転させるようにしたりすればよい。特に、図５に示
すようにすれば、基板１の回転速度と回転板16の回転速
度との間の相対速度差がより大きくなり、塗布液中の溶
剤の蒸発が一層促進されることになる。

【００２０】この発明に係る基板への塗布液塗布方法
は、上記したように実施されるが、この発明の範囲は、
上記実施例の内容によって限定されるものではない。例
えば、図７に示したように、拡散流動過程において回転
板を基板の回転方向と逆の方向に回転させるようにして
もよい。このようにしたときは、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の塗布液に作用して、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、といった作
用効果を期待することができる。また、図８に示すよう
に、拡散流動過程における基板及び回転板の回転数と振
切り過程における基板及び回転板の回転数とを途中で切
り換えずに、振切り過程において基板及び回転板を拡散
流動過程から連続して同一速度で回転させるようにして
もよい。尚、図７及び図８において、図３ないし図６と
同様、（ａ）が基板１の回転数の経時変化を、（ｂ）が
回転板16の回転数の経時変化を、（ｃ）が基板１に対す
る回転板16の相対的回転数の経時変化をそれぞれ示して
いる。また、蒸発促進過程において、基板と回転板との
間の距離を振切り過程及び拡散流動過程におけるよりも
大きくするように、回転板16、回転板駆動用モータ28及
び取付ホルダー板30を一体的に上昇させて、塗布液中の
溶剤の蒸発がより促進されるようにしてもよい。尚、振
切り過程においては、基板と回転板とを同一方向へ同一
速度で回転させるようにする必要があるが、この明細書
で言うところの同一速度とは、実質的に同一速度という
意味であり、基板表面からの塗布液中の溶剤の蒸発の促
進が抑制される限度において、基板の回転速度と回転板
の回転速度との間に許容範囲の速度差があっても差し支
えない。また、この発明に係る基板への塗布液塗布方法
を実施するための装置として、上記では容器体12が回転
保持台10と一体的に結合して一体回転するように構成さ
れているが、これに限らず、両者を結合せずに容器体12
が静止して回転保持台10が回転するように構成してもよ
い。

【００２１】

【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、この発明に係る基板への塗布液塗布
方法によれば、最終的に輪郭型プロファイルを持った塗
布液被膜を、各基板間での膜厚及びプロファイルの均一
性を良好に保ち、塗布液の使用効率を高く維持しつつ、
基板表面に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る基板への塗布液塗布方法を実施
するための装置の構成の１例を示し、塗布液塗布装置の
要部の概略構成を示す一部破断側面図である。

【図２】塗布液塗布装置の構成要素の１つである回転板
の、図１に示したものとは別の構成例を示す部分断面図
である。

【図３】図１に示した塗布液塗布装置を使用して基板の
表面に塗布液の被膜を形成する動作を説明するための図
であって、基板及び回転板の回転数の経時変化を示すタ
イムチャートである。

【図４】同じく、タイムチャートの別の例を示す図であ
る。

【図５】同じく、タイムチャートのさらに別の例を示す
図である。

【図６】同じく、タイムチャートのさらに別の例を示す
図である。

【図７】同じく、タイムチャートのさらに別の例を示す
図である。

【図８】同じく、タイムチャートのさらに別の例を示す
図である。

【図９】基板の表面に形成される塗布液の被膜のプロフ
ァイルを示す一部拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 10 回転保持台 12 容器体 14 容器体上部の開口部 16、36 回転板 18 吸着孔 20 真空吸引路 22 基板回転駆動用モータ 28 回転板駆動用モータ 32、38 塗布液供給路 40 通気路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ０５Ｃ 11/08

Claims (7)

【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過程及び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切り過程
   を経て、基板表面に塗布液被膜を形成する基板への塗布
   液塗布方法において、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、少なくとも前記振切り過
   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、基板と実質
   的に同一速度で回転させ、その振切り過程に引き続き、
   基板の回転速度と前記回転板の回転速度との間に相対速
   度差を設けて基板表面からの塗布液の溶剤蒸発を促進さ
   せる蒸発促進過程を経ることを特徴とする基板への塗布
   液塗布方法。
2. 【請求項２】 蒸発促進過程において、基板の回転を停
   止させて、かつ、回転板を振切り過程から連続して同一
   速度で回転させる請求項１記載の基板への塗布液塗布方
   法。
3. 【請求項３】 蒸発促進過程において、回転板の回転を
   停止させ、かつ、基板を振切り過程から連続して同一速
   度で回転させる請求項１記載の基板への塗布液塗布方
   法。
4. 【請求項４】 蒸発促進過程において、基板を振切り過
   程から連続して同一速度で回転させ、かつ、回転板を基
   板と反対方向に回転させる請求項１記載の基板への塗布
   液塗布方法。
5. 【請求項５】 蒸発促進過程において、回転板を振切り
   過程から連続して同一速度で回転させ、かつ、基板を振
   切り過程におけるより低速で回転させる請求項１記載の
   基板への塗布液塗布方法。
6. 【請求項６】 蒸発促進過程において、基板表面へ気体
   を供給するか、又は回転板と基板とで囲まれた閉鎖空間
   を大気開放する請求項１記載の基板への塗布液塗布方
   法。
7. 【請求項７】 蒸発促進過程において、基板と回転板と
   の間の距離を拡散流動過程及び振切り過程におけるより
   も大きくする請求項１記載の基板への塗布液塗布方法。