(57)【要約】【課題】如何なる状況においても汎用的に利用でき、スリット状の開口部を持つ塗布ヘッドによって液状物を任意の領域に塗布した際に現れる塗布領域端部の厚膜部を解消し、成膜部の有効領域を拡大することができる塗布膜形成装置を提供すること。【解決手段】塗布対象基板上に液体を塗布する塗布膜形成装置を、塗布対象基板の幾何形状情報（塗布表面形状、外周形状、寸法等）を特定する手段と、特定された幾何形状情報に応じた塗布補助部材を特定する手段と、特定された塗布補助部材を塗布対象基板に嵌合する手段と、塗布補助部材と一体となった塗布対象基板に液体を塗布する手段と、更に塗布補助部材と一体の塗布対象基板上に塗布された液膜の乾燥固化を行う手段と、液膜が乾燥固化した塗布対象部材から塗布補助部材を分離する手段とを含んで構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布対象基板上に液体を塗布する塗布膜形成装置であって、
塗布対象基板の幾何形状情報（塗布表面形状、外周形状、寸法等）を特定する手段と、特定された幾何形状情報に応じた塗布補助部材を特定する手段と、特定された塗布補助部材を塗布対象基板に嵌合する手段と、塗布補助部材と一体となった塗布対象基板に液体を塗布する手段と、更に塗布補助部材と一体の塗布対象基板上に塗布された液膜の乾燥固化を行う手段と、液膜が乾燥固化した塗布対象部材から塗布補助部材を分離する装置とを備えて成ることを特徴とする塗布膜形成装置。
【請求項２】
前記塗布補助部材が、塗布対象基板の塗布表面の連続性を保つ表面を有していることを特徴とする請求項１記載の塗布膜形成装置。
【請求項３】
前記塗布補助部材には塗布対象基板の外周形状に相似な形状の穴があり、その穴の大きさの比が個々に異なる部材が複数用意されていることを特徴とする請求項１記載の塗布膜形成装置。
【請求項４】
前記塗布補助部材には塗布対象基板の外周形状に相似な形状の凹部があり、その凹部の大きさの比が個々に異なる部材が複数用意されていることを特徴とする請求項１記載の塗布膜形成装置。
【請求項５】
液体塗布手段と液膜の乾燥固化手段において、塗布対象基板と対面する位置に気流発生手段を配置したことを特徴とする請求項１記載の塗布膜形成装置。
【請求項６】
塗布膜形成装置によって塗布膜を形成する方法であって、
塗布対象基板の幾何形状情報（塗布表面形状、外周形状、寸法等）を特定し、その幾何形状情報に応じた塗布補助部材を特定し、その塗布補助部材を塗布対象基板に嵌合して塗布対象基板の塗布面の連続性を保つように全体の表面を形成した後、液体の塗布を行い、更に塗布補助部材と一体としたまま塗布対象基板上に塗布された液膜の乾燥固化を行い、液膜が乾燥固化した塗布対象部材から塗布補助部材を分離することを特徴とする塗布膜形成方法。
【請求項７】
前記塗布対象基板と一体とした塗布対象基板への液体塗布と、塗布された液膜の乾燥固化を行う際、請求項５記載の気流発生手段により気流を発生させることを特徴とする請求項６記載の塗布膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意の基材上に液状物を塗布して薄膜を形成する塗布膜形成方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液状物を任意の基材上の領域に塗布した場合、その液状物に含まれる揮発成分を自然放置の状態で、若しくは熱エネルギー等を与えて高速に揮発させると、塗布領域の端部において厚膜となる（以降、厚膜端部）現象が現れることがある。厚みが許容範囲を逸脱する場合には、その厚膜部の内側を有効領域とせざるを得ず、塗布基板及び塗布材料の使用効率が悪くなるため、結果的にプロセスコストが増大することとなる。
【０００３】
又、フォトリソレジスト材等を塗布し、次にマスクを使った露光現像を行う場合、厚膜部と平坦部との高さが大きいと必要な精度の露光が実現できないことがある。このような場合には、厚膜部を削る等のプロセスを追加することもあり、同様にプロセスコストが増大することになる。この厚膜端部が発生しないようにするための対策として、「複数回塗り」、「粘度が小さい補助液を端部に供給」、「端部への電界印加」、「端部への超音波印加」等が施されている例がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２０４９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
厚膜端部現象は、塗布領域全体の中で特に端部において塗布材料中に含まれる揮発成分の揮発速度が大きいためにその途中で表面張力が大きくなり、そこに周りの材料が集まってくるために発生することが知られている。１回当たりの塗布膜厚を小さくすると中央部と端部とで揮発速度の差は小さくなり、厚膜端部になりにくくなる。よって、複数回塗って必要な膜厚を実現すれば膜厚の有効領域を広げることができる。しかし、この方法では、自ずとタクトタイムが長くなるという問題があった。
【０００６】
塗布する際、端部に粘度が小さい補助液を供給することで厚膜化を防ぐ方法も考えられ、これによって表面張力勾配による面内方向の流れが小さくなるという利点があるが、塗布膜の膜質そのものに影響を与えない補助液を選ぶ必要がある。又、揮発が進行しても表面張力を大きくしない方法として電界や超音波を与える方法もあるが、電場や超音波を発生させる装置が必要となり、プロセスコストが増大する。
【０００７】
以上のように、厚膜端部現象を解決するための手段は色々と考えられているが、対象となる塗布基板、塗布材料によって利用できない方法もあり、又、２次的、３次的なプロセスを必要であることからプロセスコストが増大することになる方法も存在する。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、如何なる状況においても汎用的に利用でき、しかも、可能な限りプロセスコストを抑えた方法でもって、スリット状の開口部を持つ塗布ヘッドによって液状物を任意の領域に塗布した際に現れる塗布領域端部の厚膜部を解消し、成膜部の有効領域を拡大することができる塗布膜形成装置及び塗布膜形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
塗布された材料から揮発した成分は雰囲気中に拡散していくが、塗布領域の中央部分ではその法線方向の自由度だけが存在するのに対し、塗布領域端部近傍では領域の外側に広く自由度を持つため、雰囲気に強制的な流れが存在しない静的な状態では端部の拡散速度が大きくなるのは必須である。よって、塗布領域端部の揮発速度は大きくなる。
【００１０】
一方、揮発が進む（固形分濃度が大きくなる）に連れて表面張力は大きくなることから、揮発速度が大きい領域端部の方が領域全体よりも先に大きくなり、その部位に集まる流れが発生する。このことが厚膜端部現象の原因である。
【００１１】
つまり、塗布領域端部を含めて領域全体で均一に揮発させることができれば、その途中で表面張力の分布が発生することもなくなり、厚膜端部現象を排除することができると考えられる。
【００１２】
又、塗布有効領域よりも広い領域に液体を塗布すれば、厚膜部が発生しても問題はない。更に、塗布基板の塗布面全体が有効領域となる場合には、その外側に塗布領域を広げる工夫が考えられる（特開２００２−２０４９９６号公報参照）。
【００１３】
しかし、塗布基板がＳｉウエハ等の場合、その製造過程において外周部を二次加工しない場合が多く、その直径のばらつきは大きい。よって、想定されるウエハ径よりも十分に大きな径の貫通穴、若しくは凹部を持った部材を配置することになるため、塗布基板との隙間が大きい場合にはその隙間に液体が侵入して、塗布基板の端部が厚膜となることがある。
【００１４】
上述した課題を解決するため、本発明は、塗布対象基板上に液体を塗布する塗布膜形成装置を、塗布対象基板の幾何形状情報（塗布表面形状、外周形状、寸法等）を特定する手段と、特定された幾何形状情報に応じた塗布補助部材を特定する手段と、特定された塗布補助部材を塗布対象基板に嵌合する手段と、塗布補助部材と一体となった塗布対象基板に液体を塗布する手段と、更に塗布補助部材と一体の塗布対象基板上に塗布された液膜の乾燥固化を行う手段と、液膜が乾燥固化した塗布対象部材から塗布補助部材を分離する手段とを含んで構成したことを特徴とする。
【００１５】
この場合、塗布補助部材には塗布対象基板の外周形状に相似な形状の穴、若しくは凹部があり、更に塗布対象基板を嵌合した場合には、塗布対象面との連続性を保つ表面を有しているという特徴がある。
【００１６】
又、本発明は、塗布膜形成装置を用いて塗布膜形成を行う方法として、塗布対象基板の幾何形状情報（塗布表面形状、外周形状、寸法等）を特定し、その幾何形状情報に応じた塗布補助部材を特定し、その塗布補助部材を塗布対象基板に嵌合して塗布対象基板の塗布面の連続性を保つように全体の表面を形成した後、液体の塗布を行い、更に塗布補助部材と一体としたまま塗布対象基板上に塗布された液膜の乾燥固化を行い、液膜が乾燥固化した塗布対象部材から塗布補助部材を分離することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スリット状の開口部を持つ塗布ヘッドによって液状物を任意の領域に塗布して薄膜を形成する際、揮発成分の拡散方向の自由度を塗布領域全体で均一にすることができ、厚膜端部現象の発生を抑えて有効領域の拡大を行うことができる。これによって材料コストを最小限にした高膜厚精度の塗布膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
＜実施の形態１＞
本実施の形態に係る塗布膜形成装置全体の概略構成を図１に示す。
【００２０】
図１に示す塗布膜形成装置は、スリット状の開口部を持つ塗布ヘッドと塗布対象基板とを、前記塗布ヘッド開口部の長手方向に直交するように相対移動させつつ、前記塗布ヘッド開口部から液体を吐出して塗布を行う塗布手段と、前記塗布基板に塗布された液体に対してエネルギーを与えて乾燥固化させる乾燥手段とを備える装置であって、塗布基板の幾何形状情報を特定する手段と、特定された幾何形状情報に対応した最適な塗布補助部材を嵌合する手段とを備えている  。
【００２１】
図２は図１に示す装置全体の中の塗布装置と乾燥装置だけを、塗布ヘッド１２と塗布基板９の相対移動方向から見た断面図である。又、装置の構成要素の１つである塗布ヘッドの概略構成図を図８に示す。
【００２２】
先ず、ステージ３１上に塗布基板９を配置し、幾何形状認識部３２によってその幾何形状情報を特定する。本実施の形態における塗布基板はＳｉウエハ等に代表される円形平板であり、その平均直径、真円度が幾何形状情報である。塗布基板の幾何形状を認識する方法として、ＣＣＤカメラ等により塗布基板全体を画像情報として取り込み（図１１）、その情報をソフト処理することによって平均直径、真円度の数字として算出している。
【００２３】
次に、塗布基板はロボットアーム３５等により嵌合作業ステージ３４に移した（図９）後、塗布基板の幾何形状情報に基づいて特定した塗布補助部材１をそのストッカ３３から取り出し（図１２）、嵌合作業ステージ３４上において塗布基板を嵌合する（図１０）。
【００２４】
本実施の形態では、塗布基板の平均直径のばらつきを基準直径１５０ｍｍに対して±０．５ｍｍを想定し、その範囲の塗布基板を嵌合する塗布補助部材として、その内径が２０μｍずつ異なるものを用意した。そして、幾何形状認識部３２によって得られた平均直径と真円度の値に基づいて嵌合可能な最小内径を特定し、その内径の穴を有する塗布補助部材を特定することとした。
【００２５】
塗布補助部材と嵌合された塗布基板は、その後、塗布ステージ１５上に移動させ、塗布を開始する。塗布液は、塗布液タンク２５から定量ポンプ２１によって塗布ヘッド１２に供給される。この定量ポンプ２１は、ギヤポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプ等の容積式ポンプを示している。又、ポンプの他の塗布液供給機構として、塗布液タンク２５を圧力容器に入れ、この圧力容器に対して加圧ポンプにより加圧空気を供給することによって、塗布液を押し出す形式も可能である。
【００２６】
塗布液タンク２５から定量ポンプ２１までの配管２４の経路に必要に応じてフィルタ２２と開閉弁２３が設けられる。この塗布液供給機構から塗布ヘッド１２に供給された塗布液は、ヘッド１２側面の長手方向の中央部にある流入口７からヘッド内に流入し、マニホールド１１を経由した後、スリット６を通って吐出口５に至る。更に、吐出口５からヘッド１２の外側に吐出されると、塗布液は、ビードを形成して徐々に大きくなり、やがて塗布基板９に到達する。
【００２７】
その後、塗布基板９と塗布ヘッド１２との相対運動を開始すると、塗布ヘッド１２から供給される塗布液は、塗布ヘッド１２の吐出口５の外側のビードを介して塗布基板９に堆積されていく。
【００２８】
そして、塗布基板９上の所定の領域に塗布した後に塗布液の供給を停止して「塗布工程」が完了した後、気流発生装置４を塗布基板に相対する位置に移動させ、塗布基板９面の法線方向に離れる方向に気流を発生させる。このとき、気流は状況に応じてその風速、風量が制御される。塗布基板上に一様な上昇気流を発生させることにより、より均一な溶媒揮発分布の実現と、乾燥時間短縮によるプロセスコスト削減が可能になる。
【００２９】
この様子を塗布ヘッド１２の長手方向断面で示したのが図３であり、塗布基板９の法線方向から見た図が図４である。
【００３０】
本実施の形態では、塗布ヘッド１２の搬送部５と気流発生装置４の搬送装置２とが、塗布基板９を挟んで反対側に配置されている（図５−１及び図５−２参照）。次に、溶媒等の揮発成分を除去するための「乾燥工程」に移るため、塗布基板を気流発生装置４と共に搬送装置２により乾燥部１４に移動させる。この様子を示したのが図６である。そして、乾燥部１４のヒーター３により塗布基板９を加熱し、又、状況に応じて気流発生装置４の気流制御機能により風速、風量を制御しながら、塗布材料中に含まれる溶媒等の揮発成分を排除し乾燥固化させる。又、図７は本実施の形態における気流発生装置４による気流をイメージした図であり、塗布基板９面の法線方向に離れる気流が描かれている。
【００３１】
以上説明した本実施の形態に係る塗布装置及び塗布方法を用いて塗布を行った結果、塗布補助部材と塗布基板との隙間への塗布液体の流入を抑えることができたため、その近傍の液膜の表面はフラットに保たれ、そして、溶媒の揮発速度むらを小さく抑えることできた。その結果、本実施の形態に係る塗布装置及び塗布方法を適用する前の膜厚分布が図１３であったのに対し、図１４（測定サンプルの平均値）に示すような厚膜端部現象の発生を小さく抑えた膜厚分布を得ることができ、塗布有効領域を大幅に拡大することができた。
【００３２】
尚、このデータを得た塗布条件は以下の通りである。
【００３３】
塗布速度：５ｍｍ／ｓｅｃ
吐出流量：０．５ｍｍ３ ／ｓｅｃ（塗布ヘッド長手方向の単位長さ当たり）
ヘッド−基板間距離：１３０μｍ
塗布液粘度：４Ｐａ・ｓｅｃ
塗布液固形分濃度：１８．６ｗｔ％
気流発生装置条件：５０ｍｍ／ｓｅｃ（排気）
測定サンプル数：１００枚（基板数）×５（測定箇所）
＜実施の形態２＞
図１５に本発明の実施の形態２に係る塗布膜形成装置全体の概略構成を示す。
【００３４】
図１５は塗布基板９の法線方向から見た断面図を示しており、塗布基板の幾何形状認識を行い、その情報に基づいて塗布補助部材を特定し、更に両者を嵌合するところまでは実施の形態１と同じであるが、本実施の形態では、塗布補助部材の外形が円形となっている点、更に液体塗布装置としてスピンコート装置（図１６）を用いている点が異なる。
【００３５】
而して、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に厚膜端部現象の縮小が実現された。
【００３６】
＜実施の形態３＞
図１７に本発明の実施の形態３に係る塗布膜形成装置全体の概略構成を示す。
【００３７】
図１７も塗布基板９の法線方向から見た断面図を示しており、実施の形態２と同様に、塗布基板の幾何形状認識を行い、その情報に基づいて塗布補助部材を特定し、更に両者を嵌合するところまでは実施の形態１と同じであるが、本実施の形態では、塗布基板の塗布対象面が曲面となっている点、これに対応して塗布補助部材の表面形状も、嵌合した後に塗布対称面と連続となるように局面となっている点、更に液体塗布装置としてディップコート装置（図１８）を用いている点が他の実施の形態と異なる。
【００３８】
又、幾何形状認識装置において、塗布対象面の曲面を認識する機能を有する点も他の実施の形態と異なる点である。
【００３９】
而して、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に厚膜端部現象の縮小が実現された。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、任意の基材上に液状物を塗布して薄膜を形成する塗布膜形成方法及び装置に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る塗布膜形成装置の全体図（塗布基板の法線方向から見た断面図）である。
【図２】塗布装置＆乾燥装置の断面図（塗布ヘッド相対移動方向の断面図）である。
【図３】本発明の実施の形態１における気流発生装置の動き（塗布ヘッド相対移動方向の断面図）である。
【図４】本発明の実施の形態１における気流発生装置の動き（塗布基板の法線方向から見た断面図）である。
【図５−１】本発明の実施の形態１に係る塗布膜形成装置の塗布ヘッド部を示す図である。
【図５−２】本発明の実施の形態１における気流発生装置と搬送部を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１による塗布部から乾燥部への気流発生装置の動きを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１による気流イメージ図である。
【図８】塗布ヘッド概略図である。
【図９】本発明の実施の形態１による塗布基板の動き（幾何形状認識ステージから嵌合作業ステージへ）を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１による塗布補助部材の動き（ストッカから嵌合作業ステージへ）を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態１による幾何形状認識装置図である。
【図１２】本発明の実施の形態１による塗布補助部材ストッカ図である。
【図１３】従来の膜厚分布グラフである。
【図１４】実施例１による膜厚分布グラフである。
【図１５】本発明の実施の形態２に係る塗布膜形成装置の全体図（塗布基板の法線方向から見た断面図）である。
【図１６】本発明の実施の形態２によるスピン塗布装置を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態３に係る塗布膜形成装置の全体図（塗布基板の法線方向から見た断面図）である。
【図１８】本発明の実施の形態３に係るディップ塗布装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    塗布基板トレイ
２    気流発生装置の搬送装置
３    ヒーター
４    気流発生装置
５    吐出口
６    スリット
７    流入口
８    塗布膜
９    塗布基板
１０  ビード
１１  マニホールド
１２  塗布ヘッド
１３  塗布膜形成装置ステージ
１４  乾燥部ステージ
１５  塗布部ステージ
１６  揮発成分気体供給装置
１７  気流発生装置
１８  スピン塗布ステージ
１９  ディップ塗布ステージ
２１  定量ポンプ
２３  開閉弁
２４  配管
２５  塗布液タンク
２６  スピン塗布液供給ノズル
２７  スピン塗布チャンバー
２８  スピン塗布回転軸
２９  ディップ液層
３０  ディップ塗布作業アーム
３１  塗布対象基板の幾何形状情報認識ステージ
３２  塗布対象基板の幾何形状情報認識装置
３３  塗布補助部材ストッカ
３４  塗布対象基板と塗布補助部材との嵌合作業ステージ
３５  塗布対象基板と塗布補助部材との嵌合作業アーム
３６  塗布補助部材の支持冶具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2005111349.tif 000018
【図１６】
2005111349.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
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