JPH11176729A - 塗布液塗布方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の周縁部における塗布液の拡がり易さを
向上させることにより、膜厚が厚い塗布被膜であっても
膜厚均一性を良好にすることができ、膜厚を調整可能な
範囲を広げることができる。 【解決手段】 紫外線を基板の周縁部にのみ照射して改
質処理を行って、基板の周縁部におけるフォトレジスト
液の接触角を基板の中心部よりも大きくし（ステップＳ
２）、その後、第１の回転数で回転させながらフォトレ
ジスト液を供給し（ステップＳ３，Ｓ４）、第２の回転
数で回転させる（ステップＳ５）。被膜の膜厚を厚くす
るために第２の回転数を下げたとしても、基板の周縁部
におけるフォトレジスト液の拡がり易さが向上している
ので、膜厚均一性が良好な被膜を形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板の回転中心付
近に塗布液を供給し、基板の回転に伴う遠心力によって
その表面全体に塗布液を塗り拡げて塗布被膜を形成する
塗布液塗布方法及びその装置に係り、特に、低速回転に
より比較的厚膜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として、
例えば、基板を第１の回転数（例えば、１，０００ｒｐ
ｍ）で回転させつつ塗布液供給ノズルからその回転中心
付近に塗布液を供給して基板の表面全体に塗布液を塗り
拡げ、次いで回転数を第１の回転数よりも高い第２の回
転数（例えば、３，０００ｒｐｍ）に切り換えて基板を
回転させてその表面にある膜厚の塗布被膜を形成する方
法が挙げられる。

【０００３】このような塗布液塗布方法では、第２の回
転数を調整して塗布被膜の膜厚を調整するようになって
いる。つまり、薄い膜厚の塗布被膜を得るには第２の回
転数を高く設定し、厚い膜厚の塗布被膜を得るには第２
の回転数を低く設定するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来方法によると次のような問題がある。すなわ
ち、厚い膜厚を得ようとして第２の回転数を低く設定
（例えば、１，５００ｒｐｍ程度）すると、基板の周縁
部に塗布液が平面視環状に盛り上がるように分布するよ
うになって急激に膜厚均一性が悪化する現象が生じる。
したがって、第２の回転数を低く設定して厚い膜厚の塗
布被膜を得ることは実質的に不可能となっている。つま
り従来方法には、膜厚を調整可能な範囲が狭いという問
題がある。

【０００５】なお、このような現象が生じるのは、以下
のようなメカニズムによるものと考えられている。つま
り、基板の周縁部における塗布液は分子間引力（表面張
力）を受けて回転中心側に向かう力を受けているが、回
転数が大きい場合には、この力よりも基板の回転に伴う
遠心力が勝るため塗布液が周縁に向かって円滑に流動し
て周囲に放出される。その一方、回転数が低い場合に
は、遠心力よりも分子間引力が勝るため周縁部における
塗布液の拡がり具合が悪くなって放出が効率良くでき
ず、基板の周縁部に滞留しやすくなる。

【０００６】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、基板の周縁部における塗布液の拡がり
易さを向上させることにより、膜厚が厚い塗布被膜であ
っても膜厚均一性を良好にすることができ、膜厚を調整
可能な範囲を広げることができる塗布液塗布方法及びそ
の装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【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、請求項１に記載の方法発明は、基板の回転中心付近
に塗布液を供給し、基板の回転に伴う遠心力によってそ
の表面全体に塗布液を塗り拡げて塗布被膜を形成する塗
布液塗布方法において、基板の回転中心付近よりも周縁
部における塗布液の接触角が大きくなるように基板表面
の改質処理を施した後に、基板に塗布液を供給するよう
にしたことを特徴とするものである。

【０００８】また、請求項２に記載の方法発明は、請求
項１に記載の塗布液塗布方法において、基板の周縁部に
紫外線を照射することにより前記改質処理を施すように
したことを特徴とするものである。

【０００９】また、請求項３に記載の方法発明は、請求
項１に記載の塗布液塗布方法において、基板の表面全体
に塗布されている、基板と塗布液との密着強化剤のう
ち、周縁部だけを剥離することにより前記改質処理を施
すようにしたことを特徴とするものである。

【００１０】また、請求項４に記載の装置発明は、基板
の回転中心付近に塗布液を供給し、基板の回転に伴う遠
心力によってその表面全体に塗布液を塗り拡げて塗布被
膜を形成する塗布液塗布装置において、基板の周縁部に
紫外線を照射する紫外線照射手段を備え、前記紫外線照
射手段により基板に改質処理を施した後に、基板に塗布
液を供給するようにしたことを特徴とするものである。

【００１１】また、請求項５に記載の装置発明は、基板
の回転中心付近に塗布液を供給し、基板の回転に伴う遠
心力によってその表面全体に塗布液を塗り拡げて塗布被
膜を形成する塗布液塗布装置において、基板と塗布液と
の密着強化剤を剥離するための処理液を供給する処理液
供給手段を備え、前記処理液供給手段により基板の周縁
部にのみ処理液を供給して改質処理を施した後に、基板
に塗布液を供給するようにしたことを特徴とするもので
ある。

【００１２】

【作用】請求項１に記載の発明の作用は次のとおりであ
る。基板の回転中心付近よりも周縁部における塗布液の
接触角が大きくなるように表面の改質処理を行うので、
塗布液に対して撥水性となった基板の周縁部における塗
布液の拡がり易さを向上できる。したがって、低速の回
転数であっても塗布液が基板の周縁部に滞留することを
抑制でき、基板の周縁部から塗布液が周囲に円滑に放出
されるようにできる。

【００１３】なお、ここで言う『接触角』とは、図３に
示すように、液体が固体面に接触しているときに、液面
と固体面のなす角度（θ）のことである。

【００１４】また、請求項２に記載の発明によれば、基
板の周縁部に紫外線を照射するだけで、周縁部の接触角
が回転中心付近よりも大きくなるように改質処理を行う
ことができる。

【００１５】また、請求項３に記載の発明によれば、基
板表面と塗布被膜との密着力を高めるために塗布液の供
給前に基板に密着強化剤（例えば、HMDS: ヘキサメチル
ジシラザン）を塗布することが行われる。つまり、この
密着強化剤は塗布液疎性の基板表面を塗布液親性に改質
するものであるので、密着強化剤のうち周縁部のみを剥
離すれば、周縁部における塗布液の接触角を回転中心付
近に比較して大きくすることができる。したがって、基
板の周縁部における塗布液の拡がり易さを向上すること
ができる。

【００１６】また、請求項４に記載の発明によれば、紫
外線照射手段により基板の周縁部に紫外線を照射するだ
けで、周縁部における塗布液の接触角が回転中心付近よ
りも大きくなるように改質処理を行うことができる。し
たがって、基板の周縁部における塗布液の拡がり易さを
向上させて、低速の回転数であっても塗布液が基板の周
縁部に滞留することを抑制でき、基板の周縁部から周囲
に円滑に放出されるようにできる。

【００１７】また、請求項５に記載の発明によれば、処
理液供給手段から基板の周縁部に処理液を供給して基板
表面に塗布されている密着強化剤を剥離すると、周縁部
における塗布液の接触角を回転中心付近に比較して大き
くすることができる。したがって、基板の周縁部におけ
る塗布液の拡がり易さを向上できる。

【００１８】

【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。 ＜第１実施例＞図１は、本発明にかかる塗布液塗布方法
を実施するための塗布液塗布装置の概略構成を示すブロ
ック図である。

【００１９】基板Ｗは、例えば、真空吸引式のスピンチ
ャック１に水平姿勢で吸着保持されるようになってい
る。このスピンチャック１は、回転軸３を介して電動モ
ータ５に連動連結されているとともに、その周囲を飛散
防止カップ７で囲われている。塗布液の一例であるフォ
トレジスト液を供給するためのレジストノズル９は、ス
ピンチャック１の回転中心上方にあたる供給位置（図中
の二点鎖線）と、飛散防止カップ７の側方にあたる待機
位置（図中の実線）とを移動可能に構成されている。な
お、上記のフォトレジスト液としては、ノボラック樹脂
を主成分として含有するｉ線用のものが例示される。

【００２０】さらに、この装置は、紫外線照射手段１０
を備えている。この紫外線照射手段１０は、例えば、高
圧水銀ランプなどを含み、紫外線を発生させるための紫
外線光源部１１と、発生した紫外線を外部へ導く光ファ
イバー１３と、レンズなどの光学系を含み、光ファイバ
ー１３の先端部に取り付けられている照射部１５と、照
射部１５からの紫外線が基板Ｗの周縁部だけに照射され
るように支持するとともに、飛散防止カップ７の側方に
あたる待機位置（図中の二点鎖線）と、飛散防止カップ
７内の照射位置（図中の実線）とにわたって移動可能に
構成された支持アーム１７とから構成されている。

【００２１】なお、上記の照射部１５によって紫外線を
照射する領域は、図１中に符号ｄで示すように基板Ｗの
周縁部だけであり、例えば１〜５ｍｍ程度である。この
処理幅ｄは、基板Ｗに形成される素子サイズと基板Ｗ上
におけるその配置などを勘案して決定すればよい。

【００２２】次にこの装置の動作について図２のフロー
チャート及び図４のタイムチャートを参照して説明す
る。なお、初期状態においては、レジストノズル９と紫
外線照射手段１０の照射部１５が共に待機位置にあるも
のとする。

【００２３】まず、図示しない基板搬送機構によって基
板Ｗを装置内に搬入し、基板Ｗをスピンチャック１に吸
着保持する（ステップＳ１）。次いで、紫外線照射手段
１０の照射部１５を照射位置（図１中の実線）に移動す
るとともに、照射部１５から紫外線の照射を開始し、電
動モータ５を低速回転させて基板Ｗを低速回転させなが
らその周縁部にのみ紫外線を照射する（ステップＳ
２）。このように基板Ｗの周縁部に紫外線を照射するこ
とにより、基板Ｗの周縁部におけるフォトレジスト液の
接触角が回転中心付近に比較して大きくなるように基板
Ｗの周縁部に対して改質処理を施すことができる。ここ
で言う接触角とは、図３に示すような角度で定義される
ものである。

【００２４】なお、係る方法によると基板Ｗの周縁部に
処理幅ｄで環状の紫外線照射パターンが形成されること
になるが、基板Ｗを回転させつつ支持アーム１７の移動
をも行って、基板Ｗ上における素子レイアウトをより考
慮した紫外線の照射パターンを形成するようにしてもよ
い。

【００２５】このように基板Ｗの周縁部のみの表面状態
を改質した後、紫外線照射手段１０の照射部１５を待機
位置（図１中の二点鎖線）に移動するとともに、レジス
トノズル９を待機位置から供給位置に移動する。そし
て、図４に示すように、電動モータ５により基板Ｗを第
１の回転数Ｒ１（例えば、１，０００ｒｐｍ）で回転さ
せ（ステップＳ３）、回転が安定した時点ｔ_S において
レジストノズル９から基板Ｗにフォトレジスト液を供給
開始し、予め設定された時間が経過した時点ｔ_Eでその
供給を停止する（ステップＳ４）。このｔ_E 時点では、
基板Ｗの表面全体がフォトレジスト液で覆われているよ
うに予め設定されている。

【００２６】次いで、電動モータ５の回転数を第１の回
転数Ｒ１から第２の回転数Ｒ２（例えば、２，０００ｒ
ｐｍ）に切り換える（ステップＳ５）。この回転で生じ
る遠心力により基板Ｗの表面全体を覆っているフォトレ
ジスト液が周縁部に向かって流動し、余剰のフォトレジ
スト液が振り切られる。この第２の回転数Ｒ２による回
転駆動を一定時間保持した後に、回転を停止して図示し
ない基板搬送機構によって基板Ｗを搬出する（ステップ
Ｓ６）。

【００２７】このようにして基板Ｗの表面には、第２の
回転数Ｒ２に応じたある膜厚の被膜が形成される。そし
て、その膜厚を調整するには、図４に点線で示すように
第２の回転数Ｒ２を調節する。この第２の回転数Ｒ２を
低速にして厚い膜厚の被膜を形成しようとすると、基板
Ｗの周縁部におけるフォトレジスト液の拡がり具合が悪
化して膜厚均一性が極端に低下するが、上述した塗布方
法によるとフォトレジスト液の塗布前に基板Ｗの周縁部
に対してフォトレジスト液の接触角が大きくなるように
改質処理を行っているので、基板Ｗの周縁部におけるフ
ォトレジスト液の拡がり具合が向上し、膜厚均一性を良
好に形成することができる。したがって、膜厚の調整可
能な範囲を広げることができる。

【００２８】なお、上記の第１実施例装置は、基板Ｗの
表面全体に形成した塗布被膜のうち、周縁部を露光して
除去するための周縁部露光装置（エッジ露光装置とも呼
ばれる）を利用することができる。

【００２９】＜第２実施例＞図５は、第２実施例に係る
塗布液塗布装置の概略構成を示すブロック図である。な
お、上記の第１実施例と同じ構成のものには同じ符号を
付すことで詳細な説明については省略する。

【００３０】この装置では、基板Ｗの表面全体を塗布液
疎性から塗布液親性にしてフォトレジスト液と基板Ｗと
の密着力向上を図るための密着強化剤を供給する密着強
化剤ノズル１９が配備されている。この密着強化剤ノズ
ル１９も、レジストノズル９と同様に、待機位置（図５
中の実線）と供給位置（図５中の二点鎖線）とにわたっ
て移動可能に構成されている。なお、密着強化剤として
は、HMDS（ヘキサメチルジシラザン）が例示される。

【００３１】この装置は、さらに処理液供給手段２０を
備えている。この処理液供給手段２０は、密着強化剤を
剥離するための処理液を貯留している処理液供給源２１
と、処理液が流通する供給配管２２と、この供給配管２
２を流通してきた処理液を基板Ｗの周縁部のみに供給す
るための処理液ノズル２３とから構成されている。回転
中心側から周縁部に向かうように形成されている処理液
供給ノズル２３は、図示しない移動機構によって、図５
中に二点鎖線で示す待機位置と、実線で示す供給位置と
にわたって移動されるようになっている。この場合に処
理液が供給される処理幅ｄは、上記の第１実施例と同様
にして設定されており、例えば、１〜５ｍｍ程度であ
る。

【００３２】なお、上記の処理液は、密着強化剤を剥離
できるものであればよく、例えば、アンモニア／過酸化
水素水からなる水溶液（いわゆるＳＣ−１液）が例示さ
れる。また、スピンチャック１や飛散防止カップ７など
の処理液が付着する部分が耐酸性の材料で構成されてい
れば、上記のアルカリ性の処理液に代えて硫酸／過酸化
水素水を使用してもよい。

【００３３】上記のように構成されている装置の動作に
ついて、図６のフローチャートを参照して説明する。

【００３４】まず、図示しない基板搬送機構によって基
板Ｗを装置内に搬入し、基板Ｗをスピンチャック１に吸
着保持する（ステップＳ１０）。次いで、密着強化剤ノ
ズル１９を供給位置に移動して、基板Ｗを回転させつつ
密着強化剤を供給し、基板Ｗの表面全体に密着強化剤を
塗布する（ステップＳ１１）。

【００３５】次に、処理液供給手段２０の処理液ノズル
２３を供給位置（図５中に実線で示す位置）に移動する
とともに、処理液の供給を行いながら基板Ｗを回転させ
る（ステップＳ１２）。このように基板Ｗの周縁部に処
理液を供給することにより、表面全体に塗布されている
密着強化剤のうち基板Ｗの周縁部のみが剥離されるの
で、フォトレジスト液の接触角が回転中心付近に比較し
て大きくなるように基板Ｗの周縁部に対して改質処理を
施すことができる。

【００３６】このようにして基板Ｗの周縁部におけるフ
ォトレジスト液の接触角を中心部よりも大きくして、周
縁部におけるフォトレジスト液の拡がり易さを向上させ
た後に、ステップＳ１３ないしステップＳ１５を経て基
板Ｗの表面に、ある膜厚の被膜を形成する。膜厚を厚く
するために第２の回転数Ｒ２を低くしたとしても、膜厚
均一性を良好に形成することができ、膜厚の調整可能な
範囲を広げることができる。そして、基板Ｗの回転を停
止して図示しない基板搬送機構によって基板Ｗを搬出す
る（ステップＳ１６）。

【００３７】なお、この第２実施例装置は、基板Ｗの表
面全体に塗布したフォトレジスト被膜のうち周縁部のみ
を除去するためのエッジリンス装置の構成を利用するこ
とが可能である。

【００３８】次に、図７ないし図９のグラフを参照し
て、上述した本発明方法と従来方法との比較を行う。

【００３９】図７および図８は、第２の回転数Ｒ２を低
速にして形成された塗布被膜の膜厚分布を示し、特に図
７は『本発明』によるものであって、図８は『従来例』
によるものである。従来例によると、基板Ｗの周縁部の
膜厚が中心部に比較して極端に厚くなる現象が生じてい
るが、本発明によると基板Ｗの中心部から周縁部にわた
ってほぼ均一に形成できることが判る。

【００４０】図９は、第２の回転数Ｒ２を調節した場合
における『膜厚』と『膜厚均一性』をプロットしたもの
であり、『本発明』も『従来例』も回転数を変えればフ
ォトレジスト被膜の膜厚を調節することが可能である。
その一方、膜厚均一性については大きく相違する。つま
り、従来例では回転数が低くなれば、特に１，５００ｒ
ｐｍ以下では膜厚均一性が急激に低下するが、本発明で
は回転数が低くなっても膜厚均一性はほとんど低下しな
い。

【００４１】なお、上記の第２実施例では、基板の表面
全体に塗布した密着強化剤のうち周縁部のみを除去する
ことにより、周縁部における塗布液の接触角を中心部よ
りも大きくしたが、例えば、基板の回転中心付近にのみ
密着強化剤を塗布するようにして、周縁部における塗布
液の接触角を大きくするようにしてもよい。

【００４２】また、上述した第１実施例および第２実施
例では、第１の回転数Ｒ１で基板Ｗを回転させつつフォ
トレジスト液を供給する形態（ダイナミック法とも呼ば
れる）を例に採って説明しているが、本発明はこのよう
なフォトレジスト液の供給形態に限定されるものではな
い。例えば、基板Ｗを静止させた状態でフォトレジスト
液の供給を行い、その後に第１の回転数で基板を回転さ
せるようにしてもよく（スタティック法とも呼ばれ
る）、また、これらを組み合わせて静止した状態でフォ
トレジスト液の供給を開始し、基板を回転させた始めた
後に供給を停止するような供給形態（スタミック法とも
呼ばれる）であってもよい。

【００４３】また、上記の各実施例では、第１の回転数
と第２の回転数とが異なる場合を例に採って説明してい
るが、これらの回転数が同一である場合や、第１の回転
数が第２の回転数よりも高く設定される塗布方法であっ
ても本発明を適用可能であることは言うまでもない。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の方法発明によれば、基板の回転中心付近より
も周縁部における塗布液の接触角が大きくなるように表
面の改質処理を行い、基板の周縁部における塗布液の拡
がり易さを向上しているので、低速の回転数であっても
塗布液が基板の周縁部に滞留することを抑制でき、基板
の周縁部から周囲に塗布液が円滑に放出されるようにで
きる。したがって、低速回転により膜厚が厚い塗布被膜
を形成する場合でも、膜厚均一性を良好に保つことがで
き、膜厚調整可能な範囲を広げることができる。

【００４５】また、請求項２に記載の方法発明によれ
ば、基板の周縁部に紫外線を照射するという簡単な方法
で改質処理を行うことができ、塗布処理を迅速に行いな
がらも膜厚均一性を良好に保って塗布被膜を形成でき、
膜厚調整可能な範囲を広げることが可能である。

【００４６】また、請求項３に記載の方法発明によれ
ば、密着強化剤のうち周縁部のみを剥離すれば、周縁部
の接触角を回転中心付近に比較して大きくできるので、
基板の周縁部における塗布液の拡がり易さを向上でき、
膜厚均一性を良好に保ちつつ膜厚調整可能な範囲を広げ
ることができる。

【００４７】また、請求項４に記載の装置発明によれ
ば、請求項２に記載の方法発明を好適に実施することが
できる。

【００４８】また、請求項５に記載の装置発明によれ
ば、請求項３に記載の方法発明を好適に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る塗布液塗布装置の概略構成を
示すブロック図である。

【図２】処理手順を示すフローチャートである。

【図３】接触角の定義を示す図である。

【図４】塗布処理の一例を示すタイムチャートである。

【図５】第２実施例に係る塗布液塗布装置の概略構成を
示すブロック図である。

【図６】処理手順を示すフローチャートである。

【図７】本発明方法により形成された塗布被膜の膜厚分
布を示すグラフである。

【図８】従来方法により形成された塗布被膜の膜厚分布
を示すグラフである。

【図９】回転数に対する膜厚および膜厚均一性を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

Ｗ … 基板 １ … スピンチャック ３ … 回転軸 ５ … 電動モータ ７ … 飛散防止カップ ９ … レジストノズル １０ … 紫外線照射手段 １１ … 紫外線光源部 １３ … 照射部 １５ … 光ファイバー １７ … 支持アーム １９ … 密着強化剤ノズル ２０ … 処理液供給手段 ２１ … 処理液供給源 ２２ … 供給配管 ２３ … 処理液供給ノズル ｄ … 処理幅

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の回転中心付近に塗布液を供給し、
   基板の回転に伴う遠心力によってその表面全体に塗布液
   を塗り拡げて塗布被膜を形成する塗布液塗布方法におい
   て、 基板の回転中心付近よりも周縁部における塗布液の接触
   角が大きくなるように基板表面の改質処理を施した後
   に、基板に塗布液を供給するようにしたことを特徴とす
   る塗布液塗布方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の塗布液塗布方法におい
   て、基板の周縁部に紫外線を照射することにより前記改
   質処理を施すようにしたことを特徴とする塗布液塗布方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の塗布液塗布方法におい
   て、基板の表面全体に塗布されている、基板と塗布液と
   の密着強化剤のうち、周縁部だけを剥離することにより
   前記改質処理を施すようにしたことを特徴とする塗布液
   塗布方法。
4. 【請求項４】 基板の回転中心付近に塗布液を供給し、
   基板の回転に伴う遠心力によってその表面全体に塗布液
   を塗り拡げて塗布被膜を形成する塗布液塗布装置におい
   て、 基板の周縁部に紫外線を照射する紫外線照射手段を備
   え、 前記紫外線照射手段により基板に改質処理を施した後
   に、基板に塗布液を供給するようにしたことを特徴とす
   る塗布液塗布装置。
5. 【請求項５】 基板の回転中心付近に塗布液を供給し、
   基板の回転に伴う遠心力によってその表面全体に塗布液
   を塗り拡げて塗布被膜を形成する塗布液塗布装置におい
   て、 基板と塗布液との密着強化剤を剥離するための処理液を
   供給する処理液供給手段を備え、 前記処理液供給手段により基板の周縁部にのみ処理液を
   供給して改質処理を施した後に、基板に塗布液を供給す
   るようにしたことを特徴とする塗布液塗布装置。