KR100285524B1

KR100285524B1 - 도포액 도포방법

Info

Publication number: KR100285524B1
Application number: KR1019970043603A
Authority: KR
Inventors: 마사카즈 사나다; 마사히로 마마사카
Original assignee: 이시다 아키라; 다이닛뽕스크린 세이조오 가부시키가이샤
Priority date: 1996-10-21
Filing date: 1997-08-30
Publication date: 2001-04-02
Also published as: JP3420900B2; US5989632A; JPH10125581A; KR19980032347A

Abstract

본 발명은 회전수 제어를 연구함으로써, 소망하는 막두께의 도포피막을 얻기 위하여 공급하는 도포액의 양을 지극히 적게 할 수 있는 것을 과제로 한다. 기판의 표면에 포토레지스트액을 공급하여 소망하는 막두께의 피막을 형성하는 도포액 도포방법에 있어서, 기판을 소정의 공급회전수 R3로 저속회전시키는 과정과, 기판의 회전중심부근에 포토레지스트액을 공급하는 과정과, 기판의 표면전체를 포토레지스트액이 덮기 전에, 기판의 회전수를 공급회전수 R3보다 낮은 대기회전수 R4로 감속하는 과정과, 기판의 표면전체를 도포액이 덮기 전에, 기판의 회전수를 대기회전수 R4보다 높은 목표회전수 R5로 올려가는 과정과, 피막 형성회전수 R6로 고속회전시켜 소망하는 막두께의 피막을 형성하는 과정을 포함하며, 적어도 대기회전수 R4로 구동하고 있는 동안은 포토레지스트액 계속하여 공급한다.

Description

도포액 도포방법

제1도는 본 발명방법을 적용한 회전식 기판도포장치의 종단면도.

제2도는 포토레지스트액 도포방법을 나타내는 타임차트.

제3도는 포토레지스트액의 거동을 나타내는 모식적인 평면도.

제4도는 포토레지스트액의 거동을 나타내는 모식적인 평면도.

제5도는 포토레지스트액의 거동을 나타내는 모식적인 측면도.

제6도는 포토레지스트액의 거동을 나타내는 모식적인 측면도.

제7도는 포토레지스트액의 거동을 나타내는 모식적인 평면도.

제8도는 포토레지스트액의 거동을 나타내는 모식적인 평면도.

제9도는 포토레지스트액의 거동을 나타내는 모식적인 평면도.

제10도는 포토레지스트액의 거동을 나타내는 모식적인 평면도.

제11도는 포토레지스트액의 거동을 나타내는 모식적인 평면도.

제12도는 포토레지스트액의 거동을 나타내는 모식적인 평면도.

제13도는 포토레지스트액의 거동을 나타내는 모식적인 평면도.

제14도는 포토레지스트액 도포방법의 변형예를 나타내는 타임차트.

제15도는 종래예에 관한 회전식 기판도포장치의 주요부를 나타내는 도면.

제16도는 종래예에 관한 도포액 도포방법을 나타내는 타임차트.

제17도는 종래예에 관한 도포액 도포방법의 설명에 제공하는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 흡인식 스핀척 13 : 비산방지컵

30 : 토출노즐 50 : 제어부

51 : 메모리 W : 기판

R : 포토레지스트액(도포액) R_a: 코어(원형모양의 도포액)

R_b: 갈기(방사모양의 도포액의 흐름)

R_b' : 새로운 갈기(방사모양의 도포액의 흐름)

R_c: 비산 포토레지스트액 R_d: 잉여 포토레지스트액

R3, R7 : 공급회전수 R4, R8 : 대기회전수

R5, R9, R10 : 목표회전수 R6, R9 : 피막 형성회전수

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 반도체웨이퍼, 포토마스크용의 유리기판, 액정표시장치용의 유리기판, 광디스크용의 기판 등(이하, 간단히 기판이라 부른다)에 대하여, 포토레지스트액, SOG액 (실리카계 피막형성재라고도 부른다), 폴리이미드수지 등의 도포액을 공급하여 그 표면에 도포피막을 형성하는 도포액 도포방법에 관한 것이며, 특히 기판을 소정의 공급회전수로 저속회전시키면서 도포액을 공급한 후, 그 기판을 피막형성 회전수로 고속회전시켜 소망하는 막두께의 도포피막을 형성하는 기술에 관한 것이다.

종래의 이 종류의 도포액 도포방법에 대하여, 제15도에 나타내는 장치를 예로 채택하여 설명한다.

이 도면은 회전식 기판도포장치의 주요부를 나타내고, 이 장치는 기판(W)을 거의 수평자세로 흡인 지지하여 회전시키는 흡인식 스핀척(10)과, 그 거의 회전중심의 쌍방에, 도포액인 포토레지스트액을 기판(W)의 표면에 공급하기 위한 토출노즐(30)을 구비하고 있다.

이와 같이 구성된 장치에서는 제16도의 타임챠트에 도시하는 바와 같이 회전수 제어를 행하여 기판(W)의 표면에 소망의 막 두께의 포토레지스트 피막을 얻을 수 있도록 되어 있다.

즉, 우선, 흡인식 스핀척(10)을 도시하지 않은 모터에 의하여 회전 구동하여, 기판(W)을 소정의 공급회전수 R1(예컨대, 900rpm)으로 저속 회전시킨다. 그 회전이 안정된 시점에서, 토출노즐(30)에서 거의 일정한 유량으로 포토레지스트액(R)를 토출하기 시작하여(제16도중의 부호 ts), 기판(W)의 회전중심부근에 포토레지스트액(R)을 공급하기 시작한다. 그리고 포토레지스트액(R)의 공급개시시점(ts)에서부터 소정시간 경과한 시점(제16도중의 부호 t_E)에서 포토레지스트액(R)의 공급을 정지한다. 그 후,흡인식 스핀척(10)의 회전수를 공급회전수 R1보다 높은 피막형성회전수 R2(예컨대, 3,000rpm)로 올려 소정시간만 고속회전으로 유지함으로써, 기판(W)의 표면에 공급된 잉여의 포토레지스트액(R)을 뿌리쳐 기판(W)의 표면에 소망하는 막두께의 포토레지스트 피막을 형성하도록 되어 있다.

상술한 바와 같은 종래의 도포액 도포방법에 있어서는 제17(a)∼제17(f)도의 모식도에 나타내는 것과 같은 포토레지스트액(R)의 거동에 의하여 포토레지스트 피막이 형성된다. 또, 이것들의 도면에서는, 간략적으로 기판(W)을 원으로 나타내며, 포토레지스트액(R)을 해칭한 영역으로 나타내고, 각 도면에서의 기판(W)의 회전수를 화살표의 크기로 모식적으로 나타내고 있다.

우선, 기판(W)을 공급회전수 R1으로 저속회전시키면서 기판(W)의 표면에 포토레지스트액(R)을 공급하기 시작한 직후의 상태에서는, 제17(a)도에 도시하는 바와 같이 포토레지스트액(R)은 평면에서 보아 원형모양의 덩어리(R_a)(이하, 이것을 코어(R_a)라 부른다)로 되어 기판(W)의 회전중심부근에 있다. 또, 포토레지스트액(R)의 공급을 계속하며, 이 코어(R_a)의 지름은 회전에 따른 원심력이 작용하여 거의 원형모양을 유지한 채로 기판(W)의 둘레를 향해 동심원모양으로 퍼져나간다.

코어(R_a)는 잠시동안(수초간)은 원형모양을 유지하고 있지만, 그 후에 크게 모양을 바꾸어간다. 구체적으로는, 제17(a)도에 도시하는 바와 같이 원형모양의 코어(R_a)의 원둘레부에서 기판(W)의 둘레부를 향하여 다수의 가늘고 긴 포토레지스트액(R_b)의 흐름(이하, 이것을 갈기(R_b)라 부른다)이 방사모양으로 퍼지기 시작한다. 이 다수의 갈기(R_b)는 제17(b)도에 도시하는 바와 같이 원심력에 의하여 코어(R_a)의 지름의 확대와 동시에 기판(W)의 둘레부를 향하여 계속해서 퍼지지만, 갈기(R_b)는 코어(R_a)에 비하여 회전 반경이 크고, 그 때문에 원심력이 크게 가해지기 때문에, 코어(R_a)의 지름의 확대보다 빠르게 기판(W)의 둘레부를 향하여 퍼지게 된다.

또, 포토레지스트액(R)의 공급을 계속하면서 기판(W)의 회전을 공급회전수 R1으로 계속하며, 다수의 갈기(R_b)의 선단부는, 제17(c)도에 도시하는 바와 같이 기판(W)의 둘레부에 도달한다. 이와 같이 다수의 갈기(R_b)이 기판(W)의 둘레부에 도달하면, 포토레지스트액(R)은 코어(R_a)에서 갈기(R_b)를 통해 기판(W)의 둘레부에 달하여 비산(이하, 비산 포토레지스트액(Rc)이라 부른다)한다. 제17(c)도중의 2점쇄선 및 제17(d)도의 도시하는 바와 같이, 더욱 코어(R_a)의 지름이 크게됨과 동시에 갈기(R_b)의 폭이 퍼짐으로써 포토레지스트액(R)으로 덮여져 있지 않은 갈기(R_b)사이의 영역이 점차 적게되어 기판(W)의 전면(全面)이 포토레지스트액(R)코어(R_a), 갈기(R_b))에 의하여 덮여진다(제17(e)도). 또, 이 시점에서 토출 노즐(30)로부터의 이 포토레지스트액(R)의 토출을 정지하도록(제16도중의 부호 t_E)미리 시간 설정되어 있다.

이상과 같이, 포토레지스트액(R)이 기판(W)의 표면전체를 덮은 후에, 기판(W)의 회전수를 공급회전수 R1보다 높은 피막형성회전수 R2로 하여, 기판(W)의 표면을 덮고 있는 포토레지스트액(R)의 잉여분(이하, 잉여포토레지스트액(R_d)이라 부른다)을 뿌리침으로써 기판(W)의 표면에 소망하는 막두께의 포토레지스트 피막(R′)을 형성한다.

[발명이 해결하려고 하는 과제]

그렇지만, 상술한 종래의 방법에는 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 제17(c)도에 도시하는 바와 같이, 다수의 갈기(R_b)가 기판(W)의 둘레부에 도달하면, 이것 이후에 공급되는 포토레지스트액(R)의 대부분은, 코어(R_a)에서 갈기(R_b)를 통해 기판(w)의 주위로 방출되어 비산하게(이하, 비산 포토레지스트액(Rc)이라 부른다)된다. 따라서, 기판(W)의 표면전체가 포토레지스트액(R)에 의하여 덮여질때까지 대량의 포토레지스트액(R)을 공급할 필요가 있고 포토레지스트액의 사용량이 지극히 많아진다고 하는 문제점이 있다. 요컨대, 소망하는 막두께의 포토레지스트 피막을 얻을 때의 포토레지스트액(R)의 이용효율이 지극히 낮다는 문제점이 있다. 덧붙여, 이 포토레지스트액 등의 도포액은 현상액이나 린스액 등의 처리액에 비하여 대단히 비싸기 때문에, 비산하는 불필요한 도포액의 양을 적게 하는 것은 반도체장치 등의 제조코스트를 저감하는데에 있어서 중요한 과제로 되어 있다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 회전수제어를 연구함으로써, 소망하는 막두께의 도포피막을 얻기 위하여 공급하는 도포액의 양을 지극히 적게 할 수 있는 도포액 도포방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명은 이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 다음과 같은 구성을 채택한다.

즉, 청구항1에 기재된 도포액 도포방법은 기판의 표면에 도포액을 공급하여 소망하는 막두께의 도포피막을 형성하는 도포액 도포방법에 있어서, (a) 기판을 소정의 공급회전수로 저속회전시키는 과정과, (b) 상기 기판의 회전중심부근에 도포액을 공급하는 과정과, (c) 상기 기판의 표면전체를 도포액이 덮기 전에, 상기 기판의 회전수를 상기 공급회전수보다 낮은 소정의 대기회전수로 감속하는 과정과, (d) 상기 기판의 표면전체를 도포액이 덮기 전에, 상기 기판이 회전수를 상기 대기회전수보다 높은 목표회전수로 올려가는 과정과, (e) 상기 기판을 소정의 피막형성회전수로 고속 회전시켜 그 표면에 소망하는 막두께의 도포피막을 형성하는 과정으로 그 순서로 행하여, 적어도 상기 과정(c)의 동안은 도포액을 계속하여 공급하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 청구항 2에 기재된 도포액 도포방법은, 청구항 1에 기재된 도포액 도포방법에 있어서, 상기 과정(d)의 목표회전수로 올리기 시작하는 타이밍을, 상기 기판의 표면에 공급되어 평면에서 보아 거의 원형으로 퍼져있는 도포액의 주위에서 방사모양으로 도포액의 흐름이 생기기 시작하는 시점보다 후이고, 또한 방상모양으로 퍼진 도포액의 흐름이 상기 기판의 둘레에 도달하는 시점보다 전으로 하는 것이다.

또한, 청구항 3에 기재된 도포액 도포방법은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 도포액 도포방법에 있어서, 상기 도포액의 공급을 상기 과정(c)과 상기 과정(d)과의 사이에서 정지하는 것이다.

또한, 청구항 4에 기재된 도포액 도포방법은, 청구항 1내지 청구항 3에 기재된 도포액 도포방법에 있어서, 상기 목표회전수를 상기 피막형성 회전수보다 높은 회전수로 하는 것이다.

또한, 청구항 5에 기재된 도포액 도포방법은, 청구항 1 내지 청구항 3에 기재된 도포액 도포방법에 있어서, 상기 대기회전수를 『0』으로 하여 상기 기판을 정지시키는 것이다.

[작용]

청구항1 에 기재된 발명의 작용은 다음과 같다.

기판을 소정의 공급회전수로 저속회전시켜, 그 회전중심부근에 도포액을 공급하고, 저속회전시의 회전수보다도 높은 소정의 피막형성 회전수로 기판을 고속회전 시킴으로써, 기판의 표면에 소망하는 막두께의 도포피막을 형성한다. 그러나, 상술한 것과 같이 이들의 과정에 있어서, 우선 원형모양의 도포액(R)이 코어(R_a)에서 다수의 가늘고 긴 갈기(R_b)가 기판(W)의 둘레를 향하여 방사모양으로 펴지기 시작하여(제17(a),(b)도참조), 이들의 갈기(Rb)가 기판(W)의 둘레에 도달(제17(c)도참조)하며, 이들을 통해 도포액이 기판(W)의 주위에 비산도포액(Rc)으로 되어 비산하므로(제17(c),(d)도참조)불필요한 도포액의 양이 지극히 많아진다.

그래서, 기판을 소정의 공급회전수로 저속 회전시키고(과정(a)), 기판의 회전중심부근에 도포액으로 공급하고(과정(b)), 기판(W)의 표면에 공급된 도포액(R)이 기판(W)의 저속회전에 의하여 퍼져 그 표면전체를 덮기 전에, 즉, 제17(a)도에 도시하는 바와 같이 코어(R_a)가 원형모양을 유지한 상태에서, 제17(e)도에 도시하는 바와 같이 코어(R_a)와 갈기(R_b)가 상쇄되어 도포액(R)이 기판(W)의 표면전체를 덮기 전에, 기판(W)의 회전수를 일단 공급회전수보다 낮은 소정의 대기회전수까지 감속한다. (과정(c)).

예컨대, 상기의 조건을 충족하는 제17(b)도에 도시하는 바와 같이 코어(R_a)에서 갈기(Rb)가 퍼진 상태에서의 회전수를 저속의 공급회전수에서보다 저속의 대기회전수로 감속한 경우에 대하여 설명한다. 또, 상기의 대기회전수는 회전수=0, 즉 기판을 정지시킨 상태를 포함하는 것이다. 이와 같이 회전수제어을 행하며, 도포액은 제5도 내지 제8도의 모식도에 나타내는 것과 같은 거동을 한다. 또, 제5도 및 제6도는 기판(W) 및 도포액(R)을 모식적으로 나타낸 측면도이고, 제7도 및 제8도는 기판(W) 및 도포액(R)을 모식적으로 나타낸 평면도이다.

우선, 기판(W)의 회전수를 공급회전수보다 낮은 대기회전수로 감속하면, 기판(W)의 코어(R_a)의 지름의 확대 및 갈기(Rb)의 퍼짐이 거의 정지상태가 된다. 적어도 이 상태에서는 여전히 도포액의 공급이 계속되고 있으므로, 감속 전의 코어(R_a)(제5도)에 비해 코어(R_a)의 도포액(R)의 액량을 증가(제6도)시킬 수 있다. 이와 같이 코어(R_a)의 도포액(R)의 액량이 증가한 상태, 요컨대 코어(R_a)의 확대운동량이 증대된 상태에서, 기판(W)의 표면전체를 도포액이 덮기 전에, 회전수를 대기회전수보다도 높은 목표회전수로 올려간다. 그렇게 하며, 제7도 및 제8도에 나타내는 것과 같은 거동이 도포액(R)에 생긴다.

종래 예와 같이, 회전수가 저속의 공급회전수대로 유지된다고 하면, 제7도 중에 해칭으로 나타내는 코어(R_a)/갈기(R_b)의 상태에서, 2점쇄선으로 도시하는 바와 같이 코어(R_a)/갈기(R_b)가 기판(W)의 둘레부를 향하여 원심력에 의하여 확대/신장한다. 또, 액량이 증가된 코어(R_a)에서 새로운 방사모양의 도포액의 흐름(이하, 새로운 갈기(R_b′)라 부른다)이 생겨 다수의 갈기(R_b)의 사이에서 새로운갈기(R_b′)가 기판(W)의 둘레를 향하여 퍼지기 시작한다.

그래서 대기회전수보다 높은 목표회전수로 회전수를 올려가면(과정(d)), 즉 가속해가면, 그 과정에서 제7도에 나타낸 거쳐 갈기(R_b) 및 새로운 갈기(R_b′)에 관성력, 요컨대 회전방향과는 반대 방향의 힘이 작용한다. 따라서, 원심력과 관성력과의 합력에 의하여 갈기(R_b) 및 새로운 갈기(R_b′)은 제8도에 도시하는 바와 같이 둘레방향으로 구부려지도록 그 폭이 확대함과 동시에, 원심력에 의하여 그 선단부가 둘레를 향하여 신장하고, 코어(R_a)의 지름도 확대하게 된다.

그 결과, 제8도에 나타내는 것과 같이 갈기(R_b) 및 새로운 갈기(R_b′)는 기판(W)의 둘레를 향하여 신장하는 것 뿐만 아니라 둘레방향으로도 그 폭을 확대하기 때문에, 갈기(R_b)가 기판(W)의 둘레부에 달할 때까지에 갈기(R_b)사이의 빈틈이 새로운 갈기(R_b′)의 발생도 더하여져 급속히 좁아지고, 도포액(R)이 기판(W)의 표면전체를 덮기까지의 시간(피복 소요시간)을 대폭으로 단축할 수 있다. 피복 소요시간이 짧다는 것은 도포액(R)의 공급을 개시하고나서, 도포액(R)이 기판(W)의 전면(全面)을 덮어 도포액(R)의 공급이 정지될 때까지 시간이 짧은 것을 의미한다. 바꾸어 말하면, 상술한 것과 같은 갈기(R_b) (및 새로운 갈기(R_b′))가 기판(W)의 둘레부에 달하고나서 도포액(R)의 공급이 정지되기까지의 시간이 짧게 되어, 그만큼 갈기(R_b)을 통해 기판(W)의 둘레부에서 비산하는 도포액(R)의 양이 적게되기 때문에, 소망하는 막두께의 도포피막을 얻는데 필요한 도포액(R)의 양을 적게 할 수 있다.

또한, 청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 기판의 표면에 공급되어 평면에서 보아 거의 원형의 상태(코어(Ra))로 퍼져있는 도포액의 주위에서 방사모양으로 도포액의 흐름이 퍼지기 시작하는 시점, 즉, 제17(a)도에 나타내는 상태로부터 후에, 그 방사모양으로 퍼진 도포액(갈기(R_b))이 기판의 둘레에 달하기전, 즉 제17(c)도에 나타내는 상태가 되기 전에, 기판의 회전수를 목표회전수로 올리기 시작하기 때문에, 갈기(R_b) 및 새로운 갈기(R_b′)에 대하여 효과적으로 관성력을 주어 그 폭을 확대할 수 있고, 기판의 둘레에 도달된 갈기(R_b) 및 새로운 갈기(R_b′))를 통하여 비산하는 도포액의 양을 적게 할 수 있다.

또한, 청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 기판이 대기회전수로 되어 있는 동안에 도포액의 공급을 정지함으로써 코어(R_a)의 확대 및 갈기(R_b)의 신장을 거의 정지시킨 상태에서 코어(R_a)의 도포액 증량을 끝낼 수 있다. 따라서, 코어(R_a)의 확대운동량을 최대화한 상태에서 목표회전수로 기판의 회전수를 올려갈 수 있으므로, 코어(R_a)의 지름의 확대를 보다 빠르게, 또한 새로운 갈기(R_b′)를 효율이 좋게 발생시킬 수 있다.

또한, 청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 방사모양으로 퍼진 도포액(갈기(R_b) 및 새로운 갈기(R_b′))에 관성력을 주기 위하여, 소망하는 막두께의 도포피막을 형성하기 위한 피막 형성회전수보다 높은 목표회전수를 기판의 회전수가 올려져 간다. 따라서, 이 회전수의 상승과정에서 방사모양으로 퍼진 도포액(갈기(R_b) 및 새로운 갈기(R_b′))에 큰관성력을 줄 수 있어 갈기(R_b) 및 새로운 갈기(R_b′) 의 둘레방향의 폭을 빨리 확대할 수 있다. 그 결과, 기판의 표면전체를 도포액으로 덮는 시간을 보다 짧게 할 수 있다. 기판표면이 도포액으로 덮여진 후, 기판의 회전수가 소망하는 막두께의 도포피막을 형성하기 위한 피막 형성회전수로 전환함으로써, 잉여의 도포액이 뿌리쳐져 소망하는 막두께의 도포피막이 형성된다.

또한, 청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 대기회전수를 『0』으로 하여 기판의 회전을 정지시킨 상태에서 도포액을 계속하여 공급하게 되어 코어(R_a)의 확대 및 갈기(R_b)의 신장을 정지시킨 상태에서 코어(R_a)의 도포액량을 증대시킬 수 있다. 따라서, 코어(R_a)의 확대운동량을 효율 좋게 증대시킬수 있으므로, 목표회전수로 기판의 회전수를 올려갈 때에 코어(Ra)에서 발생하는 새로운 갈기(R_b′) 를 효율 좋게 발생시킬 수 있음과 동시에, 코어(R_a)의 지름의 확대를 빨리 할 수 있다.

[발명의 실시의 형태]

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시 예를 설명한다.

제1도는 본 발명에 관한 도포액 도포방법을 실행하기 위한 회전식 기판도포장치를 나타내는 종단면도이다. 또, 도포액으로서는 포토레지스트액을 예로 채택하여 설명한다.

도면중, 부호10은, 흡인식 스핀척이며 기판(W)을 거의 수평자세로 흡착하여 지지하는 것이다. 이 흡인식 스핀척(10)은 속이 빈 회전축(11)을 통해 회전모터(12)에 의하여 회전구동된다. 흡인식 스핀척(10)의 주위에는 포토레지스트액 등이 기판(W)의 주위로 비산하는 것을 방지하기 위한 비산방지컵(13)이 배치되어 있다. 또한, 도시하지 않은 반송수단이 미처리의 기판(W)을 흡인식 스핀척(10)에 얹어 놓거나, 흡인식 스핀척(10)에서 처리가 끝난 기판(W)을 받을 때는, 도시하지 않은 승강수단이 회전축(11)과 비산방지컵(13)을 상대적으로 승강시킴으로써, 흡인식 스핀척(10)을 비산방지컵(13)의 상방으로 이동시킨다(도면 중의 2점쇄선).

비산방지컵(13)은 상부 컵(14)과, 원형정류판(15)과, 하부 컵(17)등으로 구성되어 있다. 상부컵(14)은 상부에 개구부(14A)와, 기판(W)의 회전에 의한 포토레지스트액 등의 비말을 아래쪽으로 안내하는 경사면(14b)을 갖는다.

원형정류판(15)은 개구부(14a)에서 유입하여 기판(W)의 둘레를 따라 흘러 내리는 기류를 하부 컵(17)으로 정류하여 안내함과 동시에, 상부컵(14)의 경사면(14b)에 의하여 아래쪽으로 안내된 포토레지스트액 등의 비말을 이 기류에 태워 하부 컵(17)에 안내한다.

하부 컵(17)의 바닥부에는 배액구(17a)가 설치되어 있다. 이 배액구(17a)는 배액탱크(17b)에 접속되어 있고, 회전하여 뿌려진 후의 포토레지스트액 등을 회수하도록 되어 있다. 하부 컵(17)의 바닥부에는 또 컵배기구(17c)가 설치되어 있다. 이 컵배기구(17c)는 배기펌프(17d)에 접속되어 있어, 비산방지컵(13)내에 체류하는 안개모양의 포토레지스트액 등을 공기와 함께 흡인하여 배기하도록 되어 있다.

원형 정류판(15)의 안쪽에는, 기판(W)의 이면으로 돌아 들어간 포토레지스트액이나 부착된 미스트를 제거하기 위한 세정액을 기판(W)의 이면을 향하여 토출하기 위한 백린스노즐(20)이 설치되어 있다. 이 백린스노즐(20)에는, 관이음매(18)와 공급배관(18a)를 통해 세정액공급부(18b)로부터 세정액이 공급되도록 되어 있다. 또, 후술하는 타임차트에서는 생략하고 있지만, 포토레지스트액이나 그 미스트가 기판(W)의 이면에 부착하는 것을 방지하기 위하여, 이 백린스노즐(20)에서 세정액을 기판(W)의 이면에 공급하는 것이 바람직하다.

또, 비산방지컵(13)의 개구부(14a)의 상방이며, 기판(W)의 거의 회전중심의 상방에는, 포토레지스트액을 토출하기 위한 토출노즐(30)이 설치되어 있다. 또한, 토출노즐(30)로 포토레지스트액을 소정량만큼 공급하는 도시하지 않은 도포액 공급수단과, 흡인식 스핀척(10)과 비산방지컵(13)을 상대적으로 승강하는 도시하지 않은 승강 수단과, 회전모터(12)는 제어부(50)에 의하여 제어되도록 구성되어 있다. 또, 제어부(50)는 메모리(51)에 저장된 후술하는 타임차트에 따른 프로그램에 의하여 상기 각부의 제어를 행하도록 되어 있다.

다음에, 제2도의 타임차트 및 제3도∼제13도를 참조하여, 포토레지스트 도포처리에 대해서 설명한다. 또, 이 타임차트에 상당하는 프로그램은 제1도에 나타낸 메모리(51)에 저장되어 있고, 제어부(50)에 의하여 판독되어 순차적으로 실행하도록 되어 있다. 또한, 처리대상의 기판(W)은 이미 흡인식 스핀척(10)에 얹혀져 흡인유지되고, 또 기판(W)의 회전중심부근의 상방에는 토출노즐(30)이 위치하고 있는 것으로 한다. 또한, 각 도면의 모식도는 간략적으로 기판(W)을 원형으로 나타내고, 포토레지스트액을 해칭한 영역으로 나타내고 있다. 또, 제3도∼제4도, 제7도∼제13도는 기판과 포토레지스트액을 모식적으로 나타낸 평면도이고, 제5도, 제6도는 측면도이다.

우선, 회전모터(12)의 회전구동을 개시한다. 구체적으로는, 제어부(50)가 회전모터(12)를 정회전 구동함으로써 기판(W)을 평면에서 보아 『반시계방향』으로 회전한다. 또, 회전모터(12)의 회전구동을 개시한 시점을 『0』으로 한 경우에 시간t₁에서 공급회전수 R3에 도달하도록 그 회전가속도가 설정되어 있다. 이 공급회전수 R3로서는, 예컨대, 1,500rpm이다.

다음에, 기판(W)의 회전이 공급회전수 R3로 안정된 후 (수초 후), 시간t_s의 시점에서 토출노즐(30)에서 포토레지스트액을 기판(W)의 표면에 토출개시한다. 이 시점에서는, 제3도에 도시하는 바와 같이 기판(W)의 회전중심부근에서 포토레지스트액이 평면에서 보아 원형모양의 덩어리(R_a)(이하, 이것을 코어(R_a)라 부른다)로 되어 있다.

게다가 기판(W)의 회전중심부근에 포토레지스트액의 공급을 계속하면, 코어(R_a)의 지름은 회전에 따른 원심력이 작용하여 거의 원형모양을 유지한 채로 기판(W)의 둘레를 향하여 동심원모양으로 확대하여 간다.

코어(R_a)는 잠시 동안(수초간)은 원형모양을 유지하고 있지만, 그 후 다음과 같이 그 형상을 크게 바꾸어 간다.

제3도 및 제4도에 도시하는 바와 같이, 이 원형모양의 코어(R_a)의 원둘레부에서 기판(W)의 둘레부를 향하여 다수 가늘고 긴 포토레지스트액(R_b)의 흐름(이하, 이것을 갈기(R_b)라 부른다)이 방사모양으로 퍼지기 시작한다. 이 다수의 갈기(R_b)는 원심력에 의하여 코어(R_a)의 지름의 확대와 동시에 기판(W)의 둘레부를 향해 계속하여 퍼지지만, 갈기(R_b)는 코어(R_a)에 비해 원심력이 크게 가해지므로, 제3도의 상태에서 제4도의 상태로 도시한 바와 같이 코어(R_a)의 지름의 확대보다 빠르게 기판(W)의 둘레부를 향하여 퍼지게 된다. 또, 이 제4도의 상태를 모식적으로 나타낸 측면도가 제5도이다.

그래서, 기판(W)의 표면에 공급되어 있는 포토레지스트액(R)에 의하여 기판(W)의 표면전체가 덮여지기 전에, 회전수를 공급회전수 R3(1,500rpm)보다 낮은 대기 회전수 R4로 감속한다. 대기회전수 R4는 이 예에서는 0rpm이고, 기판(W)이 정지된 상태이다. 구체적으로는, 상기의 공급회전수 R3를 시간 t₂까지 유지한후, 시간 t₃에서 회전수가 『0』으로 되도록 회전모터(12)를 제어한다.

이와 같이 회전수를 공급회전수 R3에서 대기회전수 R4로 감속하여 기판(W)을 정지시킴으로써, 코어(R_a)의 둘레부에서 방사모양으로 퍼지고 있는 갈기(R_b)의 신장을 일시적으로 정지시킬 수 있다. 이상태에서는 여전히 포토레지스트액(R)의 공급을 계속하고 있으므로, 제6도에 도시하는 바와 같이 코어(R_a)의 포토레지스트액(R)의 액량만을 증가시킬 수 있다. 이와 같이 코어(R_a)의 액량이 증대하면, 코어(R_a)로서는 그 확대운동량이 증대하게 된다.

이와 같이 코어(R_a)의 액량을 증대시켜, 그 확대운동량을 증대시킨 상태에서, 종래 예와 같이 기판(W)을 공급회전수 R3로 회전을 계속한 경우, 포토레지스트액(R)은 제7도에 나타내는 것과 같은 거동을 취한다. 즉, 제7도중에 해칭으로 나타내는 코어(R_a)/갈기(R_b)의 상태에서 2점쇄선으로 도시하는 바와 같이 코어(R_a)/갈기(R_b)가 기판(W)의 둘레를 향하여 원심력에 의해 확대/신장함과 동시에, 액량이 증가하여 확대운동량이 증대하고 있는 코어(R_a)에서 새로운 방사모양의 도포액의 흐름(이하, 새로운 갈기(R_b′)라 부른다)이 생겨, 다수의 갈기(R_b) 사이에서 새로운 갈기(R_b′)가 기판(W)의 둘레부를 향하여 퍼지기 시작한다.

그래서, 포토레지스트액(R)이 기판(W)의 표면전체를 덮기 전, 상세하게는 갈기(R_b)이 기판(W)의 둘레부에 도달하기 전에, 기판(W)의 회전수를 상기의 대기회전수 R4(0rpm)보다 높은 목표회전수(R5)로 올려간다. 또, 구체적인 회전제어로서는 제어부(50)가 회전모터(12)의 회전수를 시간 t₃에서 시간 t₄까지 동안 대기회전수 R4로 유지한 후, 시간 t₄에 있어서 토출노즐(30)에서의 포토레지스트액(R)의 공급을 정지한다. 또, 포토레지스트액(R)의 공급을 정지함과 동시에 회전모터(12)의 회전수를 시간 t₄에서 시간 t₅의 짧은 시간내에, 대기회전수 R4에서 목표회전수 R5를 향하여 급격히 올려간다. 이 목표회전수 R5로서는, 예컨대 4,000rpm이다. 또, 대기회전수 R4에서 목표회전수 R5로 회전수를 상승하는 시점 t₄에 있어서 포토레지스트액(R)의 공급을 정지함으로써, 코어(R_a)의 확대운동량을 최대화한 상태에서 이하와 같은 작용을 포토레지스트액(R)에 줄 수 있으므로, 새로운 갈기(R_b′)를 효율적으로 발생시킬 수 있음과 동시에 코어(R_b)의 지름을 보다 빠르게 확대할 수 있다.

이와 같이 코어(R_a)의 확대운동량을 증대시킨 상태에서 급히 가속하면, 그 과정에서 제7도에 도시한 바와 같은 상태를 거쳐 갈기(R_b) 및 새로운 갈기(R_b′)에 관성력, 요컨대 회전방향(제8도의 화살표)과는 반대방향의 힘이 작용하게 된다. 따라서, 원심력과 관성력과의 합력에 의하여 갈기(R_b) 및 새로운 갈기(R_b′)은 제8도 및 제9도에 도시한 바와 같이 둘레방향으로 구부려지도록 그 폭을 확대함과 동시에, 원심력에 의하여 그 선단부가 기판(W)의 둘레부를 향하여 신장한다. 또, 이와 동시에 코어(R_a)의 지름도 확대하게 된다.

그리고 제10도에 도시한 바와 같이, 다수의 갈기(R_b) 및 다수의 새로운 갈기(R_b′)의 선단부가 기판(W)의 둘레에 도달하면, 그들로부터 기판(W)의 주위로 포토레지스트액(R)이 비산한다(이하, 비산포토레지스트액(Rc)이라 부른다). 그렇지만, 가속도에 의하여 갈기(R_b) 및 새로운 갈기(R_b′)가 둘레방향으로 구부러져 있으므로, 기판(W)의 둘레부를 향하여 확대/신장하여가서 코어(R_a)/새로운 갈기(R_b′)/갈기(R_b)가 일체로 되어, 포토레지스트액에 의하여 기판(W)의 표면전체가 덮어질 때까지의 시간이 종래에 비해 대폭으로 단축된다(제10도∼제12도). 이와 같은 작용을 포토레지스트액(R)에 발생시키면서 목표회전수R5에서의 회전을 시간 t₆까지 유지한다. 상술한 바와 같이 기판(W)의 회전수를 대기회전수 R4로 일시적으로 감속하고나서 목표회전수 R5로 가속하므로, 이들의 회전수의 차를 크게 취할 수 있어, 큰 관성력을 줄 수 있다. 따라서, 갈기(R_b) 및 새로운 갈기(R_b′)의 둘레방향의 폭을 빠르게 확대할 수 있다.

또, 상기의 가속은 지나치게 급격하면 갈기(R_b)/새로운 갈기(R_b′)가 비산해 버리거나, 일단 둘레방향으로 구부려져도 그 후는 원심력에 의하여 기판(W)의 둘레부를 향하여 직선적으로 신장하는 문제가 생기기 때문에, 7,500rpm/sec∼50,000rpm/sec의 범위에서 가속하는 것이 바람직하다.

그리고, 목표회전수 R5에서의 회전을 시간 t₆까지 계속한 후, 시간 t₇까지 소망하는 막두께를 얻기 위한 회전수인 피막형성회전수 R6(예컨대, 3,000rpm)로 감속하여 이것을 시간 t₈까지 유지한다. 이것에 의해 제13도에 도시한 바와 같이 기판(W)의 표면전체를 덮고 있는 포토레지스트액(R)중 약간의 잉여분(잉여 포토레지스트액(R_d))을 뿌리침으로써, 기판(W)의 표면에 소망하는 막두께의 포토레지스트 피막(R′)를 형성할 수 있다. 제어부(50)는 시간 t₉에서 기판(W)의 회전이 정지하도록 회전모터(12)의 회전을 제어하여, 1장의 기판(W)에 대하여 처리를 완료한다.

또, 상술한 시간『0』에서 시간 t₂까지가 본 발명에서의 과정(a)에 상당하며, 시간 ts에서 시간 t_E까지가 과정(b)에 상당하며, 시간 t₂에서 시간 t₄까지가 과정(c)에 상당하며, 시간 t₄으로부터 시간 t₅까지가 과정(d)에 상당하며, 시간 t₇에서 시간 t₈까지가 과정(e)에 상당하는 것이다.

상술한 것과 같이, 기판(W)을 저속회전시키면서 포토레지스트액(R)을 공급하고, 기판(W)의 표면이 포토레지스트액(R)으로 덮여질 때까지, 일시적으로 대기회전수로 감속하여 코어(R_a)의 지름의 확대 및 갈기(R_b)의 퍼짐을 정지시킨 상태에서 포토레지스트액(R)의 확대운동량을 증대시켜 회전수를 목표회전수 R5로 급히 가속함으로써, 새로운 갈기(R_b)의 발생도 더해져서 기판(W)의 표면전체가 포토레지스트액(R)에 의하여 끝날 때까지의 피복 소요시간을 단축할 수 있다. 따라서, 갈기(R_b)(및 새로운 갈기(R_b′))가 기판(W)의 둘레부에 도달하고나서 포토레지스트액(R)의 공급이 정지되기까지의 시간이 짧게 되므로, 갈기(R_b)를 통하여 기판(W)의 주위로 방출·비산하는 포토레지스트액(R)의 양을 적게 할 수 있다. 그 결과, 소망하는 막두께의 포토레지스트 피막을 얻기 위하여 공급하는 포토레지스트액의 양을 지극히 적게 할 수 있다.

또, 상술한 대기회전수 R4로 유지하는 시간 t₃으로부터 시간 t₄의 기간은 기판(W)의 사이즈나, 토출노즐(30)에서 공급하는 포토레지스트액(R)의 단위시간당 유속이나, 소망하는 막두께를 얻는데 필요한 포토레지스트액의 액량 등을 감안하여 결정하면 된다.

다음에, 제14도의 타임차트를 참조하여, 상기와 다른 회전수제어에 대하여 설명한다.

우선, 공급회전수 R7(예컨대 1,500rpm)로 기판(W)을 회전구동하면서 시간 t_s에서 포토레지스트액(R)을 공급하기 시작하여, 시간 t₃에서 대기회전수 R8로 되도록 시간 t₂에서 감속을 개시한다. 이 대기회전수 R8는 『0』이 아니고 공급회전수 R7보다도 낮은 회전수(예컨대, 1,000rpm)로 한다. 이와 같이 기판(W)의 회전을 정지시키지 않고 공급회전수 R7보다 낮은 회전수로 하는 것에 의해서도, 코어(R_a)의 확대 및 갈기(R_b)의 신장을 거의 정지시킨 상태로 할 수 있다. 따라서, 포토레지스트액(R)의 공급을 그동안 계속하여 둠으로써, 코어(R_a)의 액량만을 증량시킬 수 있고 코어(R_a)의 확대운동량을 증대시킬 수 있다.

그리고, 시간 t₅에서 회전수가 목표회전수 R9(=피막 형성회전수 R10이고, 예컨대, 3,000rpm)로 되도록 시간 t₄에서 급히 가속한다. 또, 포토레지스트액(R)은 시간t_E까지 공급을 계속한다. 이 목표회전수 R9(= 피막형성회전수 R9)를 시간 t₆까지 유지하여, 시간 t₇에서 회전을 정지한다. 이와 같이 대기회전수 R8를 『0』으로 하지 않아도 공급회전수 R7보다 낮게 하여 코어(R_a)의 확대운동량만을 증대시킬 수 있으면, 상술한 타임차트에 의한 도포와 동일한 작용효과를 얻는다.

또한, 제14도중에 2점쇄선으로 도시한 바와 같이, 목표회전수(R10)를 대기회전수 R8보다 높고 또한, 피막형성회전수 R9보다 낮은 회전수로 설정해 상기와 같은 작용효과를 얻을 수 있다.

또, 상술한 각 회전수, 포토레지스트액(R)의 공급개시시점 ts 및 공급정지시점 t_E, 감속개시시점 t₂, 감속기간 t₃-t₄, 가속기간 t₄-t₅은 일례이고, 기판사이즈나 기판의 표면상태 또는 도포액의 점도나 도포피막의 소망하는 막두께 등에 따라서 적당히 설정되는 것이다. 또한, 공급회전수 R3, R7보다 낮은 회전수로 하여 코어(R_a)의 확대 및 갈기(R_b)의 신장을 거의 정지시킬 수 있는 것이라면, 대기회전수는 1종류로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 제1의 대기회전수를 0rpm으로하고, 제2의 대기회전수를 1,000rpm로 하여도 된다. 이것에 의하여 제1의 대기회전수(정지)에 의해서 코어(R_a)의 확대운동량을 최대화할 수 있음과 동시에, 정지상태에서 목표회전수를 향해 급히 가속할 때에 생기는 회전모터(1)의 부담을 제2의 대기회전수에 의하여 가볍게 할 수 있다.

또, 상기의 실시예 및 그 변형예에서는 도포액으로서 포토레지스트액을 예로 채택하여 설명하였지만, 본 발명은 SOG 액이나 폴리이미드수지 등의 도포액이라도 적용가능하다.

[발명의 효과]

이상의 설명에서 밝혀진 것과 같이 청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 기판표면에 공급된 도포액이 공급회전수에 의해 퍼져 기판의 표면전체를 덮기 전에, 기판의 회전수를 대기회전수로 일단 감속하여, 이 사이에도 도포액의 공급을 계속하여둠으로써, 동심원 모양의 도포액을 증량하여 그 확대운동량을 증대시킬 수 있다. 그후, 대기회전수보다 높은 목표회전수로 기판의 회전수를 올려감으로써, 동심원 모양의 도포액에서 방사모양으로 퍼진 도포액이 흐르는 동안에, 새로운 도포액의 흐름을 발생시킬 수 있음과 동시에, 각 도포액의 흐름에 관성력을 줄 수 있어 각 방사모양의 도포액이 흐르는 동안의 간격을 급속히 좁힐 수 있다. 그 결과, 방사모양의 도포액의 흐름을 통해서 기판의 주위로 비산하는 도포액의 양을 적게 할 수 있고, 소망하는 막두께의 도포피막을 얻는데 필요한 도포액의 양을 적게 할 수 있다. 이것에 의해 현상액이나 린스액 등의 처리액에 비교하여 비싼 도포액의 양을 적게 할 수가 있으므로, 반도체장치 등의 제조코스트를 차차로 줄임과 동시에 스루풋을 향상시킬수 있다.

또한, 청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 기판의 표면에 공급되어 평면에서 보아 거의 원형모양으로 퍼져있는 도포액의 주위에서 방사모양으로 도포액의 흐름이 생기기 시작하는 시점보다 후이고, 또한 방사모양으로 퍼지기 시작한 도포액의 흐름이 기판의 둘레에 달하는 시점보다 전에, 기판의 회전수를 올리기 시작함으로써 방사모양으로 퍼지기 시작한 도포액의 흐름에 효과적으로 관성력을 주어, 그폭을 확대할 수 있다. 따라서, 기판의 둘레에 도달된 도포액의 흐름을 통하여 비산하는 도포액의 양을 보다 더욱 적게 할 수 있다. 그 결과, 소망하는 막두께의 도포피막을 얻는데에 필요한 도포액의 양을 적게 할 수 있다.

또한, 청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 동심원모양의 도포액의 확대운동량을 최대화한 상태에서 목표회전수로 기판의 회전수를 올려갈 수 있기 때문에, 도포액의 지름의 확대를 보다 빠르게, 각 방사모양의 도포액이 흐르는 동안에 효율 좋게 새로운 방사모양의 흐름을 발생시킬 수 있다. 따라서, 보다 빠르게 방사모양의 도포액의 흐름의 간격을 좁힐 수 있고, 기판의 표면전체를 덮기까지의 시간을 보다 단축할 수 있다.

또한, 청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 방사모양으로 퍼진 도포액의 흐름에 관성력을 주기 위하여 피막 형성회전수보다 높은 목표회전수로 기판의 회전수가 올려져 간다. 이 회전수의 상승과정에서 방사모양으로 퍼진 도포액의 흐름에 큰 관성력을 줄 수가 있고, 그것들의 흐름의 둘레방향의 폭을 빨리 확대할 수 있다. 따라서 기판의 표면전체를 도포액으로 덮는 시간을 보다 짧게 할 수 있으므로 방사모양의 도포액의 흐름을 통하여 주위로 비산하는 불필요한 도포액의 양을 적게 할 수 있다. 그 결과, 소망하는 막두께의 도포피막을 얻는데 필요한 도포액의 양을 적게 할 수가 있다.

또한, 청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 기판의 회전을 정지시킨 상태에서 도포액의 공급을 계속함으로써 동심원모양의 도포액의 확대운동량을 효율적으로 증대시킬 수 있다. 따라서, 목표회전수로 기판의 회전수를 올려갈 때에, 동심원 모양의 도포액의 지름을 빠르게 확대할 수 있음과 동시에, 방사모양의 도포액이 흐르는 동안에 새로운 도포액의 흐름을 효율 좋게 발생시킬 수 있다. 이것에 의하여 동심원 모양의 도포액의 확대를 빠르게 할 수 있으며, 방사모양의 도포액이 흐르는 동안에 새로운 도포액의 흐름을 효율적으로 발생시킬 수 있다. 그 결과, 기판의 표면전체를 도포액으로 덮는 시간을 더욱 짧게 할 수 있기 때문에, 주위로 비산하는 불필요한 도포액의 양을 적게 할 수 있다. 그 결과, 소망하는 막두께의 도포피막을 얻는데 필요한 도포액의 양을 더욱 적게 할 수 있다.

Claims

기판의 표면에 도포액을 공급하여 소망하는 막두께의 도포피막을 형성하는 도포액 도포방법에 있어서, (a) 기판을 소정의 공급회전수로 저속회전시키는 과정과, (b) 상기 과정(a)의 공급회전수에 의한 회전 중에, 상기 기판의 회전중심부근에 도포액을 공급하는 과정과, (c) 상기 기판의 표면전체를 도포액이 덮기 전에, 상기 기판의 회전수를 상기 공급회전수보다 낮은 소정의 대기회전수로 감속하는 과정과, (d) 기판의 표면전체를 도포액이 덮기 전이고, 상기 기판의 표면에 공급되어 평면에서 보아 거의 원형으로 퍼져있는 도포액의 주위에서 방사모양으로 도포액의 흐름이 생기기 시작하는 시점보다 후이고, 또한 방사모양으로 퍼진 도포액의 흐름이 상기 기판의 둘레에 도달하는 시점보다도 전에, 기판의 회전수를 상기 대기회전수보다 높은 목표회전수로 올려가는 과정과, (e) 상기 기판을 소정의 피막형성회전수로 고속회전시켜 그 표면에 소망하는 막두께의 도포피막을 형성하는 과정을 그 순서로 행하고, 적어도 상기 과정(c)의 동안은 도포액을 계속하여 공급하는 것을 특징으로 하는 도포액 도포방법.
제1항에 있어서, 상기 도포액의 공급을 상기 과정(c)와 상기 과정(d)와의 사이에서 정지하는 것을 특징으로 하는 도포액 도포방법.
제1항에 있어서, 상기 목표회전수를 상기 피막형성회전수보다 높은 회전수로 하는 것을 특징으로 하는 도포액 도포방법.
제1항에 있어서, 상기 대기회전수를 『0』으로 하여 상기 기판을 정지시키는 것을 특징으로 하는 도포액 도포방법.