JPH11219880A - 吐出ノズル及び塗布液塗布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高粘度の塗布液であっても円滑に吐出するこ
とができる吐出ノズルを提供する。 【解決手段】 塗布液を吐出する吐出ノズルであって、
塗布液を供給される供給口１３ｃと、供給口１３ｃに連
通した貯留空間１３ｄと、貯留空間１３ｄに連通し、塗
布液を吐出するスリット状の吐出孔１３ａとを有し、吐
出孔１３ａの長軸方向に貯留空間１３ｄの縦断面を末広
がり状に形成し、かつ、吐出孔１３ａの短軸方向に貯留
空間１３ｄの縦断面を先細り状に形成した。高粘度の塗
布液であっても塗布液を吐出孔１３ａの長軸方向の両端
部および吐出孔１３ａの短軸方向にも行き渡らせること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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（以下、単に基板と称す
る）に対してフォトレジスト液や保護膜形成材などの塗
布液を供給する吐出ノズル及び塗布液塗布装置に係り、
特に、高粘度の塗布液を供給する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板に対して塗布液を塗布する代表的な
従来手法としては、以下の二つが挙げられる。

【０００３】 基板を静止させた状態で、吐出孔が円
形状に形成された吐出ノズルからその中心部にのみ所定
量の塗布液を供給する。その後、基板を回転させて基板
の表面全体に塗布液を塗り拡げ、次いで基板を高速回転
させる。

【０００４】 低速回転している基板の中心部（ある
いは周縁部）から、吐出孔が円形状に形成された吐出ノ
ズルを周縁部（あるいは中心部）に向かって移動させな
がら塗布液を供給し、基板の表面に螺旋状に塗布液を供
給（ラジアルディスペンスとも呼ばれる）する。その
後、基板の回転数をやや上げて基板の表面全体に塗布液
を塗り広げ、さらに基板を高速回転させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来手法による
と数十ｃＰ（センチポアズ）程度の比較的低粘度の塗布
液を供給する場合には何ら不都合は生じないが、数百〜
数万ｃｐ程度の高粘度の塗布液を供給する場合には問題
が生じる。つまり、では所定量の塗布液を供給するの
に時間がかかり、ではさらに塗布液の吐出幅が狭くな
り、その結果、塗布に長時間を要することになる。

【０００６】そこで、上記のような不都合を回避するた
めにスリット状の吐出孔を有する吐出ノズル（例えば、
特開平５−１３３２０号公報や特開平８−３１７２９号
公報に記載のもの）を採用することが考えられる。

【０００７】しかしながら、これらの吐出ノズルは、比
較的低粘度の塗布液や、現像液、リンスなどを吐出する
ための構造となっているため、高粘度の塗布液がスリッ
ト状の吐出孔の長軸方向に特に回り込みにくく、吐出し
た際に塗布液の幅が不安定になるなど、高粘度の塗布液
を円滑に吐出することができない問題が生じる。

【０００８】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、塗布液の流動性を考慮した構造にする
ことによって、高粘度の塗布液であっても円滑に吐出す
ることができる吐出ノズルを提供することを目的とす
る。

【０００９】また、本発明のもう一つの目的は、円滑に
塗布液を吐出することにより、高粘度の塗布液であって
も塗布時間を短縮化して塗布効率を向上できる塗布液塗
布装置を提供することである。

【００１０】

【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に記載の吐出ノズルは、塗布液を吐出する
吐出ノズルであって、塗布液を供給される供給口と、前
記供給口に連通した貯留空間と、前記貯留空間に連通
し、塗布液を吐出するスリット状の吐出孔とを有し、前
記吐出孔の長軸方向に貯留空間の縦断面を末広がり状に
形成し、かつ、前記吐出孔の短軸方向に貯留空間の縦断
面を先細り状に形成してあることを特徴とするものであ
る。

【００１１】また、請求項２に記載の吐出ノズルは、請
求項１に記載の吐出ノズルにおいて、前記貯留空間の末
広がり状の天井部と前記吐出孔に至る側壁との接合部分
を円弧状に滑らかに形成してあることを特徴とするもの
である。

【００１２】また、請求項３に記載の吐出ノズルは、請
求項１または請求項２に記載の吐出ノズルにおいて、前
記吐出孔から前記貯留空間に至る空間の容積を、塗布液
の吐出後に行われるサックバック動作時の吸引容量にほ
ぼ合わせてあることを特徴とするものである。

【００１３】請求項４に記載の塗布液塗布装置は、基板
を水平面内で回転自在に支持する回転支持手段と、吐出
ノズルを基板の表面に沿って移動させながら塗布液を吐
出する吐出手段とを備えた塗布液塗布装置において、前
記吐出ノズルを、塗布液を供給される供給口と、前記供
給口に連通した貯留空間と、前記貯留空間に連通し、塗
布液を吐出するスリット状の吐出孔とを有し、前記吐出
孔の長軸方向に貯留空間の縦断面を末広がり状に形成
し、かつ、前記吐出孔の短軸方向に貯留空間の縦断面を
先細り状に形成してあることを特徴とするものである。

【００１４】また、請求項５に記載の塗布液塗布装置
は、請求項４に記載の塗布液塗布装置において、前記吐
出手段は、前記吐出ノズルを、吐出孔の長軸方向に移動
するようにしたことを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】請求項１に記載の発明の作用は次のとおりであ
る。吐出孔の長軸方向に貯留空間の縦断面を末広がり状
に形成しているので、供給口から供給された塗布液をそ
の形状に沿って滑らかに広げるように流動させることが
でき、高粘度の塗布液であっても吐出孔の長軸方向の両
端部に十分に回り込ませることができる。さらに、吐出
孔の短軸方向に貯留空間の縦断面を先細り状に形成して
いるので、塗布液をその形状に沿って押し込むように流
動させて塗布液を吐出孔の短軸方向にも行き渡らせるこ
とができる。したがって、高粘度の塗布液であってもス
リット状の吐出孔から円滑に吐出させることができる。

【００１６】また、貯留空間の縦断面を、一方で末広が
りに、他方で先細りに形成したので、貯留空間の任意の
位置における水平断面積を同一にできる。したがって、
塗布液を吐出した後、固化防止やぼた落ち防止のために
塗布液を引き戻すサックバック動作時の吸引容量を、水
平断面積と引き戻し量に応じた容量に基づいて容易に決
定することもできる。

【００１７】また、請求項２に記載の発明によれば、貯
留空間の天井部と吐出孔に至る側壁の接合部分を円弧状
に滑らかに形成することにより、この部分に塗布液が十
分にまわり込むようにすることができ、エア噛みを防止
することができる。

【００１８】また、請求項３に記載の発明によれば、吐
出孔から貯留空間に至る空間の容積を、サックバック動
作時の吸引容量にほぼ一致させておくことにより、サッ
クバック動作時に確実に塗布液の露出を防止できる。

【００１９】請求項４に記載の発明の作用は次のとおり
である。吐出孔の長軸方向に貯留空間の縦断面を末広が
り状に形成しているので、供給口から供給された塗布液
をその形状に沿って滑らかに広げるように流動させるこ
とができ、高粘度の塗布液であっても吐出孔の長軸方向
の両端部に十分に回り込ませることができる。さらに、
吐出孔の短軸方向に貯留空間の縦断面を先細り状に形成
しているので、塗布液をその形状に沿って押し込むよう
に流動させて塗布液を吐出孔の短軸方向にも行き渡らせ
ることができる。

【００２０】このように高粘度の塗布液であってもスリ
ット状の吐出孔から円滑に吐出させることができる吐出
ノズルを、回転支持手段で回転されている基板の表面に
沿って移動させることにより高粘度の塗布液の塗布時間
を短縮できる。

【００２１】また、請求項５に記載の発明によれば、基
板を回転させつつその表面に沿って吐出ノズルを移動さ
せるが、その移動方向を吐出孔の長軸方向とすることに
より、塗布液の吐出幅を広くして塗布することができ
る。したがって、より塗布液の塗布時間を短縮できる。

【００２２】

【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り、図２はその平面図
である。

【００２３】基板Ｗは、真空吸引式のスピンチャック１
により水平姿勢で吸着支持されるようになっており、こ
のスピンチャック１の底面に嵌合された中空の回転軸３
を介して電動モータ５により鉛直方向の軸芯Ｐ１周りに
回転駆動される。なお、これらのスピンチャック１と、
回転軸３と、電動モータ５とが本発明における回転支持
手段に相当する。

【００２４】スピンチャック１の周囲には、塗布液の一
例であるポリイミド樹脂の飛散を防止するためのカップ
７が昇降自在に配備されている。カップ７の側方には、
昇降自在かつ揺動自在に構成され、基板Ｗの表面にポリ
イミド樹脂を吐出させるための吐出機構１１が配設され
ている。なお、ポリイミド樹脂は、表面保護膜や多層配
線のための層間絶縁膜を形成するためのものであり、粘
度が１，０００〜２０，０００ｃｐと極めて高く、溶剤
にはＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）が使用されてい
る。このＮＭＰは腐食性が強いためポリイミド樹脂が触
れる部材（カップ７や、後述する吐出ノズル１３など）
には、フッ素樹脂などの耐蝕性のある材料を採用するこ
とが好ましい。

【００２５】吐出手段に相当する吐出機構１１は、下面
にスリット状の吐出孔１３ａを有する吐出ノズル１３
と、この吐出ノズル１３を、吐出孔１３ａの長軸方向に
移動するように支持するアーム１５と、ブロック状に形
成され、アーム１５を側面に取り付けられた支持部材１
７と、鉛直方向の軸芯Ｐ２周りに支持部材１７を回転駆
動するモータ１９などから構成されている。なお、この
吐出機構１１は、図示しない昇降機構によって昇降自在
に構成されている。

【００２６】吐出ノズル１３には、アーム１５を介して
供給部２１からポリイミド樹脂が供給されるようになっ
ている。この供給部２１は、ポリイミド樹脂を貯留して
いる塗布液タンク２３と、ポリイミド樹脂を吸引して配
管２５に送り込むポンプ２７と、吐出ノズル１３からポ
リイミド樹脂を吐出した後に固化防止およびぼた落ち防
止のために吸引して引き戻すためのサックバックバルブ
２９などから構成されている。

【００２７】なお、サックバックバルブ２９は加圧空気
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１３内に貯留しているポリイミド樹脂を僅かに
引き戻して、いわゆる『ぼた落ち』を防止したり、吐出
孔１３ａから露出しているポリイミド樹脂の固化を防止
するものである。また、送り込まれた加圧空気が排出さ
れると非動作、つまり、ポリイミド樹脂を引き戻す動作
が解除される。このサックバックバルブ２９への加圧空
気の導入／排出は、制御部３１からの電気信号により行
われるようになっている。また、引き戻し時の吸引容量
は調整可能になっており、その容量は、後述する吐出ノ
ズル１３の空間１３ｊの容量とほぼ一致あるいは僅かに
大きく調節設定されていることが好ましい。このように
設定しておくと、確実に吐出孔１３ａからのポリイミド
樹脂の露出を防止できる。

【００２８】上述した制御部３１は、サックバックバル
ブ２９の動作の他に、カップ７の昇降動作、電動モータ
５の回転動作、吐出機構１１の昇降動作、吐出機構１１
のモータ１９の回転動作、ポンプ２７の吸引動作を統括
制御する。

【００２９】次に、図３ないし図５を参照して吐出ノズ
ル１３について説明する。なお、図３（ａ）は吐出孔１
３ａの長軸方向からみた吐出ノズル１３の縦断面図であ
り、図３（ｂ）はそのＡ−Ａ矢視断面図である。また、
図４は平面図であり、図５は下方から見た図である。

【００３０】吐出ノズル１３は縦断面が凸状に形成され
ており、その上部の鍔状に形成されている取り付け部１
３ｂがアーム１５の下方に向けられた部分にネジ止め固
定されるようになっている。この取り付け部１３ｂの上
部には供給口１３ｃが形成されており、ここにポリイミ
ド樹脂が供給される。取り付け部１３ｂの下方には、供
給口１３ｃに連通した貯留空間１３ｄが形成され、この
貯留空間１３ｄは上述した吐出孔１３ａに連通してい
る。

【００３１】図３（ａ）に示すように貯留空間１３ｄ
は、その天井部１３ｅが供給部１３ｃの下端部１３ｆか
ら側壁１３ｇに向かって先下がり傾斜状に形成されてお
り、スリット状の吐出孔１３ａの長軸方向に縦断面が末
広がり状とされている。一方、スリット状の吐出孔１３
ａの短軸方向に、その側壁１３ｈが先下がりとなるよう
に形成され、縦断面が図３（ｂ）に示すように先細り状
に形成されている。したがって、供給口１３ｃから供給
されたポリイミド樹脂は、その下端部１３ｆから押し広
げられるようにその形状に沿って貯留空間１３ｄ内を滑
らかに流動し、吐出孔１３ａの長軸方向の両端部に高粘
度のポリイミド樹脂を十分に回り込ませることができ
る。さらに、吐出孔１３ａの短軸方向に貯留空間１３ｄ
の縦断面を先細り状に形成しているので、高粘度のポリ
イミド樹脂をその形状に沿って押し込むように流動させ
て吐出孔１３ａの短軸方向にも行き渡らせることができ
る。したがって、高粘度のポリイミド樹脂であってもス
リット状の吐出孔１３ａから円滑に吐出させることがで
きる。

【００３２】また、上記のように貯留空間１３ｄの縦断
面形状を、一方で末広がりに、他方で先細りに形成した
ので、貯留空間１３ｄの任意の位置における水平断面積
を同一にできる。したがって、ポリイミド樹脂を吐出し
た後に固化防止やぼた落ち防止のためにサックバックバ
ルブ２９により吸引して引き戻すサックバック動作時の
吸引容量を、水平断面積と引き戻し量に応じた容量に基
づいて容易に決定することができる。なお、貯留空間１
３ｄの水平断面積は、サックバック動作時に確実に吸引
させるためにサックバックバルブ２９が取り付けられて
いる配管２５の流路断面積を越えないように設定するこ
とが好ましい。

【００３３】天井部１３ｅと側壁１３ｇとの接合部分１
３ｉは、円弧状に滑らかに形成されている。これにより
ポリイミド樹脂が滑らかに接合部分１３ｉを流動するよ
うにして、エア噛みを防止できるようになっている。し
かしながら、エア噛みが生じても何ら不都合が生じず、
吐出孔１３ａの長軸方向の両端部にポリイミド樹脂が十
分に回り込む場合にはこの接合部分１３ｉを円弧状に加
工する必要はない。また、図５に示すように、吐出孔１
３ａの長軸方向の両端部も円弧状に形成されており、ポ
リイミド樹脂を円滑に吐出させてエア噛みを防止するよ
うになっているが、上記と同様の理由によりこの加工は
必須のものではない。

【００３４】図３（ｂ）に示すように貯留空間１３ｄか
ら吐出孔１３ａに至る、側壁１３ｇ，１３ｈにより囲わ
れた空間１３ｊは、サックバックバルブ２９が作動した
際にポリイミド樹脂が貯留空間１３ｄに引き戻される経
路となる。上述したようにサックバックバルブ２９の吸
引容量がこの空間１３ｊの容量にほぼ一致するように形
成されていると、吐出孔１３ａからのポリイミド樹脂の
露出を確実に防止できる。

【００３５】次に、図６を参照して、上述したような吐
出ノズル１３を備えた塗布液塗布装置による塗布処理に
ついて説明する。

【００３６】制御部３１は、モータ１９を駆動して吐出
ノズル１３が基板Ｗの周縁部に位置するように揺動す
る。そして、電動モータ５を駆動して基板Ｗを５０ｒｐ
ｍ程度で低速回転させ、サックバックバルブ２９を非動
作にするとともにポンプ２７を作動させてポリイミド樹
脂Ｌを吐出ノズル１３から吐出させ始める。さらにモー
タ１９を揺動して、吐出孔１３ａの長軸方向に吐出ノズ
ル１３を基板Ｗの軸芯Ｐ１にまで移動させる。これによ
り図６中に点線で示すような螺旋状の塗布軌跡を描かせ
て塗布を行う（ラジアルディスペンスとも称される）。
吐出ノズル１３は、上述したような構造を採用している
ので、高粘度のポリイミド樹脂であっても円滑に吐出さ
せることができる。その後、ポンプ２７を停止するとと
もにサックバックバルブ２９を作動させ、吐出ノズル１
３をカップ７側方の待機位置にまで戻す。その後、電動
モータ５により基板Ｗを高速回転させて余剰のポリイミ
ド樹脂を振り切る。

【００３７】塗布液塗布装置は、上記のようにして基板
Ｗに塗布を行うが、上記のような吐出ノズル１３を採用
していることや、吐出幅が広くなるように吐出ノズル１
３を移動するようにしているため、塗布時間を短縮して
効率よく塗布できる。したがって、ポリイミド樹脂によ
る被膜の形成に要する液量を低減することができ、特に
半導体分野において顕著な基板Ｗの大口径化に伴う液の
消費量を抑制することができる。

【００３８】また、この塗布液塗布装置では、上述した
ようなラジアルディスペンスに限らず、図７に示すよう
な塗布方法を行ってもよい。すなわち、基板Ｗの半径の
１／３程度の位置に吐出ノズル１３を位置させ、基板Ｗ
を回転させつつ吐出ノズル１３を軸芯Ｐ１まで揺動す
る。そして、その後、回転数を上げて基板Ｗの全面にポ
リイミド樹脂Ｌを塗り拡げ、次いで高速回転によって余
剰のポリイミド液を振り切る。このような塗布方法によ
ると、ポリイミド樹脂の供給量を抑制でき、大口径の基
板Ｗに対する塗布が有利に行える。

【００３９】なお、上記の実施例では、塗布液としてポ
リイミド樹脂を例に採って説明したが、比較的高粘度の
フォトレジスト液（ポジ型／ネガ型）やシリカ系被膜形
成材などの塗布液であっても同様である。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、吐出孔の長軸方向に貯留空間
の縦断面を末広がり状に形成して、高粘度の塗布液であ
っても吐出孔の長軸方向の両端部に十分に回り込ませ、
吐出孔の短軸方向に貯留空間の縦断面を先細り状に形成
して、塗布液を吐出孔の短軸方向にも行き渡らせるよう
にしているので、高粘度の塗布液であってもスリット状
の吐出孔から円滑に吐出させることができる吐出ノズル
を実現できる。

【００４１】また、請求項２に記載の発明によれば、貯
留空間の天井部と吐出孔に至る側壁の接合部分に高粘度
の塗布液であっても十分にまわり込むようにしたので、
エア噛みを防止することができ、より適切に塗布液を吐
出させることができる。

【００４２】また、請求項３に記載の発明によれば、サ
ックバック動作時に確実に塗布液の露出を防止できるの
で、塗布液の固化およびぼた落ちを防止することができ
る。

【００４３】また、請求項４に記載の発明によれば、高
粘度の塗布液であってもスリット状の吐出孔から円滑に
吐出させることができる吐出ノズルを基板の表面に沿っ
て移動させることにより、高粘度の塗布液であっても塗
布時間を短縮して塗布効率を向上させることができる。
したがって、塗布被膜を形成するために供給する塗布液
の量を低減することができ、特に半導体分野において顕
著な基板の大口径化に伴う塗布液の消費量を抑制するこ
とができる。

【００４４】また、請求項５に記載の発明によれば、吐
出孔の長軸方向に吐出ノズルを移動することによって、
塗布液の吐出幅を広くして塗布することができるので、
さらに塗布液の塗布時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図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】実施例に係る塗布液塗布装置の概略構成を示す
平面図である。

【図３】実施例に係る吐出ノズルの縦断面図である。

【図４】実施例に係る吐出ノズルの平面図である。

【図５】実施例に係る吐出ノズルを下から見た図であ
る。

【図６】塗布方法の説明に供する図である。

【図７】塗布方法の説明に供する図である。

【符号の説明】

Ｗ … 基板 １ … スピンチャック（回転支持手段） ３ … 回転軸（回転支持手段） ５ … 電動モータ（回転支持手段） ７ … カップ １１ … 吐出機構（吐出手段） １３ … 吐出ノズル １３ａ … 吐出孔 １３ｃ … 供給口 １３ｅ … 天井部 １３ｇ … 側壁 １３ｊ … 空間 ２１ … 供給部 ２９ … サックバックバルブ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 塗布液を吐出する吐出ノズルであって、 塗布液を供給される供給口と、 前記供給口に連通した貯留空間と、 前記貯留空間に連通し、塗布液を吐出するスリット状の
   吐出孔とを有し、 前記吐出孔の長軸方向に貯留空間の縦断面を末広がり状
   に形成し、かつ、前記吐出孔の短軸方向に貯留空間の縦
   断面を先細り状に形成してあることを特徴とする吐出ノ
   ズル。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の吐出ノズルにおいて、
   前記貯留空間の末広がり状の天井部と前記吐出孔に至る
   側壁との接合部分を円弧状に滑らかに形成してあること
   を特徴とする吐出ノズル。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の吐出ノ
   ズルにおいて、前記吐出孔から前記貯留空間に至る空間
   の容積を、塗布液の吐出後に行われるサックバック動作
   時の吸引容量にほぼ合わせてあることを特徴とする吐出
   ノズル。
4. 【請求項４】 基板を水平面内で回転自在に支持する回
   転支持手段と、 吐出ノズルを基板の表面に沿って移動させながら塗布液
   を吐出する吐出手段とを備えた塗布液塗布装置におい
   て、 前記吐出ノズルを、 塗布液を供給される供給口と、 前記供給口に連通した貯留空間と、 前記貯留空間に連通し、塗布液を吐出するスリット状の
   吐出孔とを有し、 前記吐出孔の長軸方向に貯留空間の縦断面を末広がり状
   に形成し、かつ、前記吐出孔の短軸方向に貯留空間の縦
   断面を先細り状に形成してあることを特徴とする塗布液
   塗布装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の塗布液塗布装置におい
   て、前記吐出手段は、前記吐出ノズルを、吐出孔の長軸
   方向に移動するようにしたことを特徴とする塗布液塗布
   装置。