(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を包囲して形成された閉空間の内部に基板を配設し、前記閉空間内で基板を回転させてその表面に薬液を塗布する薬液塗布方法において、
閉空間内に薬液の溶媒を滴下する事により、前記溶媒を閉空間内にて揮発させ、
閉空間を減圧する事により、基板の薬液塗布上面に塗布された薬液層に沿い基板から離間する方向に流れる気流を形成し、
閉空間構成部材の、基板の薬液塗布上面の周縁部に対応する対応部分に形成されたリング状の凸部と基板の周縁部とで基板の周縁部を通過する気流の通路を狭くして基板の周縁部を通過する気流が基板の周縁部の薬液層を上から押さえ込むようにした事を特徴とする薬液塗布方法。
【請求項２】
(a)  載置された基板を回転させる回転チャックと、
(b)  基板上に薬液を供給するための薬液供給部と、
(c)  基板を挿入、脱出させる基板挿脱装置と、
(d)  回転チャックに載置された基板を包囲するためのものであって、基板を挿入、脱出させるための開口部、および薬液の溶媒を供給するための薬液供給孔を有するインナハウジングと、
(e)  開口部を開閉するためのものであって、下面に基板の周縁部に対応するリング状の凸部が形成されている開閉蓋と、
(f)  薬液塗布時にインナハウジングに薬液或いは薬液の溶媒を供給する溶媒供給部とから構成された事を特徴とする薬液塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薬液を基板表面に均一な濃度で塗布する薬液塗布方法並びにその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホトレジスト塗布工程などの半導体製造プロセスでは、一般的に基板を回転させ、その中心部にホトレジスト液などの薬液を必要量だけ供給し、その基板の遠心力を利用して薬液を基板の中心部から周縁部に広がらせ、基板の表面全面に薬液層を形成していた。
【０００３】
処が前述のように遠心力を利用して薬液を塗布すると、供給された薬液の過剰部分が周縁部に集まって来、且つその部分の薬液の表面張力と遠心力の協働作用で周縁部の薬液層は盛り上がる事になる。更に薬液（例えば、ホトレジスト液等）には揮発性の溶剤が含まれているので、溶剤のみが揮発する事になる。この事は、特に周縁部の溶剤は中心部から周縁部へと広がる過程においても揮発するため、周縁部の溶剤の揮発量は中心部と比べて多くなる事を意味する。
【０００４】
その結果、溶剤の揮発量が多い周縁部の方が中心部より薬液の濃度は高くなり、これが基板周縁部の薬液の盛り上がりを助長するだけでなく、周縁部の方が薬液の濃度の高い状態で溶剤が揮発乾燥して溶質である薬剤が固定されると、溶質濃度の高い周縁部は溶質濃度の低い中心部に比べて僅かに盛り上がり基板の表面全面に均一なホトレジスト層を形成する事が出来ない。
【０００５】
前記基板は、１枚が１デバイスとして（勿論、１枚に複数のデバイスを形成する場合でも同様であるが）使用される大電力用デバイス、或いは基板全体に設けられたデバイスパターンが全て利用されるＴＦＴデバイスなどがあり、この様な場合薬液層が盛り上がった周縁部は使用しにくい或いは使用できないという事になり、基板の使用上で制約が生じるという問題や、通常の場合でも使用可能面積が小さくなるという問題が生じていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決課題は、基板の表面全面に形成される薬液層の厚さ、ひいては溶剤が揮発乾燥して残った溶質である薬剤（ホトレジスト）層が均一になるように塗布する事が出来るような薬液塗布方法並びにその装置を開発する事にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
「請求項１」に記載の薬液塗布方法は「基板(1)を包囲して形成された閉空間(27)の内部に基板(1)を配設し、前記閉空間(27)内で基板(1)を回転させてその表面に薬液(2)を塗布する薬液塗布方法において、閉空間(27)内に薬液(2)の溶媒を滴下する事により、前記溶媒を閉空間(27)内にて揮発させ、閉空間(27)を減圧する事により、基板(1)の薬液塗布上面(3)に塗布された薬液層(2)に沿い基板(1)から離間する方向に流れる気流(4)を形成し、閉空間構成部材(7)の、基板(1)の薬液塗布上面(3)の周縁部(3a)に対応する対応部分に形成されたリング状の凸部(7c)と基板(1)の周縁部(3a)とで基板(1)の周縁部(3a)を通過する気流(4)の通路を狭くして基板(1)の周縁部(3a)を通過する気流(4)が基板(1)の周縁部(3a)の薬液層(2a)を上から押さえ込むようにした」事を特徴とする。
【０００８】
これによれば、薬液(2)の溶媒が閉空間(27)に揮発拡散して飽和状態に達し、基板(1)に塗布された薬液からの溶媒の揮発を抑えることができるとともに、基板(1)の周縁部に対応して閉空間構成部材(7)に設けられたリング状の凸部(7c)の働きにより、基板(1)の薬液塗布上面(3)に塗布された薬液層(2)に沿い基板(1)から離間する方向に流れる気流(4)は、周縁部(3a)上の薬液層(2a)を上から押さえる働きをなす。その結果、遠心力により周縁部(3a)に集まって来、遠心力と表面張力の協働作用により周縁部(3a)で盛り上がろうとしていた過剰の薬液層(2a)は基板(1)側に押さえ込まれて盛り上がれず、その結果、薬液(2)に含まれている揮発性溶剤を揮発させて基板(1)の薬液塗布上面(3)に塗布された薬液(2)を乾燥させた時、基板(1)の中心部分から周縁部(3a)までほぼ均一な厚さの薬液層(2)が形成され、これを揮発乾燥させた薬剤層も均一なものとなる。
【０００９】
「請求項２」に記載の薬液塗布装置(A)は前記本発明方法を実施するための装置で、「載置された基板(1)を回転させる回転チャック(10)と、基板(1)上に薬液(2)を供給するための薬液供給部(11)と、基板(1)を挿入、脱出させる基板挿脱装置(R)と、回転チャック(10)に載置された基板(1)を包囲するためのものであって、基板(1)を挿入、脱出させるための開口部(6)、および薬液(2)の溶媒を供給するための薬液供給孔(8)を有するインナハウジング(5)と、開口部(6)を開閉するためのものであって、下面に基板(1)の周縁部に対応するリング状の凸部(7c)が形成されている開閉蓋(7)と、薬液塗布時にインナハウジング(5)に薬液(2)或いは薬液(2)の溶媒を供給する溶媒供給部(11a)とから構成された」事を特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示実施例に従って説明する。本装置の回転チャック（１０）は、下部ベース（１５）の中央に配設されており、回転チャック（１０）の上面に基板（１）が載置されることになる。回転チャック（１０）の下部には回転軸（１０ａ）が一体に形成され、回転チャック（１０）と共に回転するようになっている。回転チャック（１０）の吸着上面には、吸着上面に開口する多数の真空吸着孔（１０ｃ）が穿設されており、前記真空吸着孔（１０ｃ）は、回転軸（１０ａ）の中心を貫通して形成されている吸引孔（１０ｂ）に連通しており、図示しない例えば真空ポンプのような真空吸引源に接続されている。
【００１１】
下部ベース（１５）の中央上部には、基板（１）を包囲するためのインナハウジング（５）が固定されて設置されており、その形状は有底の円形筒形で、上面に基板（１）を出し入れするための開口部（６）が形成されている。インナハウジング（５）の上面の縁部に薬液供給孔（８）が形成されていて、薬液供給孔（８）から薬液（２）或いは薬液（２）の溶媒を供給してインナハウジング（５）とその開口部（６）を閉塞している開閉蓋（７）とで構成される閉空間（２７）内を薬液（２）の溶媒ガス（２ａ）で飽和させるようになっている。「勿論、薬液供給孔（８）を設けなくとも良いし、別の位置に設けてもよいが、ここでは薬液供給孔（８）を設けた場合をその代表例にして説明する。」また、インナハウジング（５）の内部底面は中心に向かって下方へ傾斜しており、底面に穿設されたミスト排出口（１３）につながっている。
【００１２】
さらに、インナハウジング（５）の内部で回転チャック（１０）の下方にて、液受けプレート（１２）が回転チャック（１０）を下から受けるように固着されており、前記液受けプレート（１２）の周縁は下方へ傾斜している。従って、基板（１）からこぼれ落ちた薬液（２）は液受けプレート（１２）に受け止められ、その傾斜を伝って下方へ流れる。次に、傾斜しているインナハウジング（５）上に落ちると、傾斜に沿って流れ、ミスト排出口（１３）から下部ベース（１５）へと排出される。
【００１３】
下部ベース（１５）は、インナハウジング（５）から排出された薬液（２）の受け皿部分を形成するもので、その周縁にはなだらかな傾斜面（１９）を有するリング状の凹溝（２０）がその周囲に形成されている。また、凹溝（２０）には排出路（１４）が形成されている。前記下部ベース（１５）と前記凹溝（２０）及び側壁（２１）によって上面が開口しているアウタハウジング（９）が構成され、アウタハウジング（９）の内部中央にインナハウジング（５）が収められている。
【００１４】
下部ベース（１５）の外部には装置ベース（２２）上に複数の昇降シリンダ（２３）が立設されており、その昇降ロッド（２４）に蓋取付アーム（２５）が取り付けられている。そして、蓋取付アーム（２５）には閉空間構成部材である開閉蓋（７）が装着されている。前記開閉蓋（７）の周縁にはインナハウジング（５）の上面の開口部（６）を閉鎖するための蓋段部（７ａ）が形成されている。これは、蓋段部（７ａ）に対応して開口部（６）の周縁にも開口段部（６ａ）が形成されており、蓋段部（７ａ）と開口段部（６ａ）が嵌合した状態で開閉蓋（７）が閉じられることになる。
【００１５】
前記開閉蓋（７）の下面には、閉空間（２７）内に収納された基板（１）の周縁部（３）に合わせてリング状の突部（７ｃ）が設置されている。突部（７ｃ）の断面形状は矩形、半円状、楔形その他種々のものが考えられ、特に限定されるものではないが、本実施例では図３拡大部分図に示すように内側から外側に向かって次第に厚みを増す楔形断面のものを採用した。
【００１６】
また、閉空間(27)に超クリーンエアを通流させる通気孔(7b)が穿設されており、外部の空気が通気孔(7b)から閉空間(27)内に吸い込まれ、基板(1)の薬液塗布上面(3)に塗布された薬液層(2)と開閉蓋(7)の下面を通り、続いてインナハウジング(5)の側部を通ってミスト排出口(13)から排出するようになっている。この気流(4)は緩やかな気流であるが、基板(1)の周縁部(3a)上の薬液層(2a)を上から押し付ける程度の作用は十分有する。前記通気孔(7b)は開閉蓋(7)の中央に設けても良いが、開閉蓋(7)の周縁、即ち基板(1)の周縁部(3a)の若干内側に複数個穿設されている。
【００１７】
薬液供給部（１１）は、薬液（２）を供給するノズル（１８）、ノズル（１８）を支持するアーム（２６）、アーム（２６）を昇降させる供給シリンダ（１６）、供給シリンダ（１６）に接続している回転アクチュエータ（１６ａ）、前記ノズル（１８）に接続している薬液供給管（１７）とで構成されている。前記薬液供給部（１１）は下部ベース（１５）外に配設されており、供給シリンダ（１６）が昇降し、回転アクチュエータ（１６ａ）が回転する事で、ノズル（１８）が基板（１）の中心部分の直上で昇降し且つ基板（１）の中心部分の直上の位置と、薬液供給孔（８）に一致する位置、並びに下部ベース（１５）外の待機位置との間を弧を描いて往復するようになっている。
【００１８】
薬液供給部（１１）は、薬液塗布時に薬液供給孔（８）に薬液（２）或いは薬液（２）の溶媒を供給するものである。本実施例では薬液供給孔（８）に薬液（２）を供給するものとし、前記薬液供給部（１１）が溶媒供給部（１１ａ）を兼任するものとする。勿論、別に溶媒供給部（１１ａ）を設けても良い。
【００１９】
次に、本発明装置（Ａ）の作用について説明する。まず、基板挿脱装置（Ｒ）「ここではロボットハンドをその代表例として説明する。」に吸着された基板（１）が装置（Ａ）内に搬送されてくる。この時当然、ノズル（１８）は下部ベース（１５）外の待機位置に逃げている。また、昇降ロッド（２４）が上方へ伸びた状態になっており開閉蓋（７）は回転チャック（１０）の上方で待機している。基板（１）が回転チャック（１０）の直上に来た時にロボットハンド（Ｒ）は停止し、その位置で待機する（図１参照）。
【００２０】
すると、回転軸（１０ａ）が上昇しロボットハンド（Ｒ）に保持されている基板（１）の直下の位置まで上昇しこの位置で待機する。次に、基板（１）を吸着したロボットハンド（Ｒ）が下降し、回転チャック（１０）上に基板（１）が載置される。この時ロボットハンド（Ｒ）の吸着は解除され且つ回転チャック（１０）の真空吸着孔（１０ｃ）が図示しない真空源に接続され、基板（１）の回転チャック（１０）上への移載が完了する。
【００２１】
基板（１）の移載が完了すると、ロボットハンド（Ｒ）は後退して下部ベース（１５）外に移動する。このように回転チャック（１０）上への基板（１）の移載が完了すると、回転軸（１０ａ）は下降し回転チャック（１０）は基板（１）を載置した状態で元の場所に戻ることになる。前記吸着固定が完了したかどうかは、例えば図示しない圧力センサにて回転軸（１０ａ）の中心を貫通して形成されている真空吸着孔（１０ｃ）の減圧状態をチェックする事（即ち、真空状態になれば吸着完了）で判定することが出来る。
【００２２】
続いて、薬液供給部（１１）の回転アクチュエータ（１６ａ）を作動させてノズル（１８）を基板（１）の中心部分の直上迄移動させ、更に供給シリンダ（１６）を作動させてノズル（１８）を降下させ、ノズル（１８）先端を基板（１）の中心部分に近接させる。ノズル（１８）先端が基板（１）の中心部分に近接し、停止した所で、図示しない薬液供給源を作動させ、薬液供給管（１７）を介して所定量の薬液（２）「例えばホトレジストなど」をノズル（１８）から基板（１）の中心部分に向かって滴下させる（図２参照）。薬液（２）の供給後、供給シリンダ（１６）を逆作動させてノズル（１８）を上昇させ、次の作業となる開閉蓋（７）の閉鎖の障害とならないようインナハウジング（５）外の待機位置に移動させ、その位置で停止・待機させる。
【００２３】
ノズル（１８）が下部ベース（１５）外の待機位置まで移動すると、昇降シリンダ（２３）を作動させて、開閉蓋（７）を降下させる。開閉蓋（７）の蓋段部（７ａ）と、回転チャック（１０）の開口部（６）の開口段部（６ａ）とが嵌合するように開閉蓋（７）を嵌め込み、インナハウジング（５）の開口部（６）を閉塞し、基板（１）をインナハウジング（５）と開閉蓋（７）で形成される狭い閉空間（２７）内に閉じこめる。閉空間（２７）は基板（１）の大きさに合わせて形成されている。
【００２４】
開閉蓋（７）が嵌め込まれると、薬液供給部（１１）の回転アクチュエータ（１６ａ）及び供給シリンダ（１６）を作動させてノズル（１８）を薬液供給孔（８）の直上まで移動させ、さらにノズル（１８）を降下させてノズル（１８）先端を薬液供給孔（８）に近接させる。ノズル（１８）先端が薬液供給孔（８）に近接し、停止した所で、図示しない薬液供給源を作動させ、薬液供給管（１７）を介して所定量の薬液（２）の溶媒をノズル（１８）から薬液供給孔（８）に滴下させる（図３参照）。これによって、滴下した薬液（２）の溶媒は薬液供給孔（８）の出口からインナハウジング（５）と開閉蓋（７）とで包囲された閉空間（２７）内で揮発し、閉空間（２７）は飽和状態に達する。従って基板（１）に滴下された薬液（２）からの揮発する量が劇的に減少する。
【００２５】
薬液（２）を供給後、供給シリンダ（１６）と回転アクチュエータ（１６ａ）とを逆作動させてノズル（１８）を上昇させ、ノズル（１８）を下部ベース（１５）外の待機位置に戻し、その位置で停止・待機させる。
【００２６】
次に、薬液（２）が薬液供給孔（８）に供給されると回転チャック（１０）が回転を始め、基板（１）の中心部分に滴下された薬液（２）は回転を始めた基板（１）の遠心力によって周縁に向かって同心円状にて均等に広がっていく事になる。回転チャック（１０）の回転が始まる頃には薬液供給孔（８）内に滴下された溶媒は、閉空間（２７）に揮発拡散して飽和状態に達し、基板（１）に塗布された薬液（２）からの溶媒の揮発を抑える事が出来る。この様にして回転している基板（１）の同心円上に広がっている薬液（２）からの溶媒の揮発量を抑えることが出来ると、基板（１）の表面（３）全面に薬液（２）の濃度が均一になり、その後、溶媒の揮発乾燥が行われる。
【００２７】
前記薬液（２）の回転塗布工程において、回転チャック（１０）の回転によって基板（１）の周縁部（３ａ）に向かって同心円状に均等に広がっていく薬液（２）が基板（１）の周縁部（３ａ）に達すると、薬液（２）の表面張力と遠心力の相互作用で周縁部（３ａ）で若干盛り上がる。薬液（２）が過剰であればその傾向がより強くなる。
【００２８】
閉空間(27)では、前記開閉蓋(7)の周縁に穿設されている通気孔(7b)を介して常時閉空間(27)内に超クリーンエアが流入し、基板(1)の薬液塗布上面(3)の薬液層(2)に沿いそして基板(1)から離れ、ミスト排出口(13)に向かう弱い気流(4)が形成されている。
【００２９】
一方、開閉蓋(7)の下面には基板(1)の周縁部(3a)に合わせてリング状の凸部(7c)が形成されている。従って、凸部(7c)と基板(1)の周縁部(3a)間の間隙は、開閉蓋(7)の中央部と基板(1)の中央部との間隙より狭くなっている。このような狭い場所を通気孔(7b)から閉空間(27)に流入した超クリーンエアによって形成される気流(4)が通過する時、その部分の圧力が若干高くなり、これによって流され基板(1)の周縁部(3a)に於いて前述のように盛り上がろうとしている周縁部(3a)の薬液層(2a)を押さえ込む事になる。その結果、基板(1)の薬液塗布上面(3)全体に形成される薬液層(2)は中央から周縁部(3a)に亘ってほぼ均一になる。この状態で揮発溶剤を揮発させる事で基板(1)の薬液塗布上面(3)の全体にほぼ均一な溶質層(ホトレジスト層)を形成することが出来る。
【００３０】
前記凸部（７ｃ）の形状は前述のように特に限定されるものではないが、凸部（７ｃ）において乱流を起こさず、整流状態で基板（１）の薬液層（２）上を通過させるには、リング状で凸部（７ｃ）の下面（７ｄ）を内側から外側に向かって次第に下り傾斜にすることが好ましく、断面楔形のものを採用している。
【００３１】
なお、供給された薬液（２）が過剰であれば、回転の遠心力で基板（１）の周縁から過剰分が振り落とされるが、この振り落とされた過剰の薬液（２）はインナハウジング（５）の側壁（２１）に衝突して周囲にミストとして飛散する。しかしながら薬液ミストは前記気流（４）に乗ってミスト排出口（１３）方向に移動し、基板（１）の上に形成されている薬液層に付着せず、基板（１）の薬液層（２）の濃度ムラを引き起こす元凶とはならない。
【００３２】
前述のようにした薬剤である溶質層が形成された処で回転チャック（１０）を所定位置で停止させ、これと同時に或いはその前後において昇降シリンダ（２３）を作動させて蓋取付アーム（２５）により開閉蓋（７）を持ち上げて開口部（６）を開放する。続いて基板（１）と共に回転チャック（１０）を上昇させ、所定の位置で停止させ、ロボットハンド（Ｒ）を待つ。
【００３３】
ロボットハンド（Ｒ）が下部ベース（１５）の外の待機位置から移動してきて基板（１）の一部を例えば吸着手段のような拘束手段で拘束すると、回転チャック（１０）側では真空吸着孔（１０ｃ）を大気開放させて基板（１）の吸着を解除し、ロボットハンド（Ｒ）に基板（１）を引き渡す。基板（１）の引き渡しが完了するとそのまま、後退して基板（１）をベース外に取り出す。一方、回転チャック（１０）は基板（１）の引き渡しが終了したところで、回転軸（１０ａ）は再び下降し元の位置に戻り、次の基板（１）の処理が開始される迄待機する。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、基板を包囲した閉空間において、基板の周縁部に対応して設けたリング状の凸部により、基板の表面に塗布された薬液層に沿って且つ基板から離れる方向に形成された気流が、基板の周縁部において盛り上がった薬液層を上から押さえる働きをなし、これにより基板全面に亘って均一な薬液層を形成することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置に基板を挿入した時の断面図
【図２】本発明装置の回転チャックに取り付けた基板に薬液を供給している時の断面図
【図３】本発明装置の回転チャックを回転させて薬液或いは薬液の溶媒を供給している時の断面図
【符号の説明】
（１）…基板
（２）…薬液
（３）…表面
（４）…気流
（７ｂ）…凸部
（２７）…閉空間
【図１】
0003558941.tif 000002
【図２】
0003558941.tif 000003
【図３】
0003558941.tif 000004