(57)【要約】【課題】基板を回転させながら回転中心を通る直線上を移動する塗布液供給用ノズルから基板にらせん状に塗布液を供給する塗布膜形成方法において、その液塗布時間を短縮し、又、揮発性の高い溶媒を含む塗布液を用いたときでも、塗布膜に塗布中の跡が残らないようにすること。【解決手段】複数のノズルが基板の回転中心を通る直線上を移動しながら塗布液を吐出し、これら複数のノズルが基板回転中心から同じ距離の位置より同じ速度で互いに相反する方向に移動するようにする。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を固定し回転させるテーブルと、先端から吐出される塗布液の吐出速度を制御可能な複数のノズルを用いて、前記基板を回転させかつ前記複数のノズルが前記基板の回転中心を通る直線上を移動しながら塗布液を吐出し、基板上に塗布膜を形成することを特徴とする円形及び環状塗布膜の形成方法。
【請求項２】
前記複数のノズルが前記基板の回転中心を通る直線上を回転中心から同じ距離の位置より同じ速度で互いに相反する方向に移動しながら塗布液を吐出し、基板上に塗布膜を形成することを特徴とする請求項１記載の円形及び環状塗布膜の形成方法。
【請求項３】
前記複数のノズルの先端が前記基板の回転中心において、互いに接する事を特徴とする請求項１又は２記載の円形及び環状塗布膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は円形及び環状塗布膜の形成方法に関し、特に、基板上に円形及び環状の塗布膜を形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工程において略円形のウエハ基板に対し感光性材料、保護膜材料等を略円形に塗布する工程や、光磁気ディスクの製造工程において磁気記録層の保護膜材料を環状に塗布する工程では、塗布膜の形成方法としてスピンコート法が用いられてきた。
【０００３】
しかしながらスピンコート法は、基板を高速で回転させることによって液膜材料を遠心力で基板表面に引き伸ばしていく方法であるため、材料の大部分は基板外に飛散し、実際に基板上に塗膜となって残る量は通常５％以下である。
【０００４】
更に光磁気ディスクのように環状の塗布膜形状が要求される場合においては、スピンコート法では膜厚の均一性が失われ、ディスク内周が薄く、外周で厚くなってしまい、種々の弊害を生じることとなる。
【０００５】
この様な状況の中、新たな塗布膜形成技術の一つとして、基板を回転させ、その回転中心を通る直線上を、吐出速度制御可能なノズルから液を吐出させながら走行させることにより、基板上に塗布膜を形成していく方法が、下記、特許文献１に開示されている。この方法によれば、基板外に液を飛散させることなく塗布できるため、ノズル先端から吐出された液をほぼ１００％塗膜として基板上に残すことが可能である。
【０００６】
またノズルの位置が基板中心から外周方向に、あるいは外周から中心方向に移動するにつれて、ノズル吐出口下の基板の周速が変化するため、この変化に応じて塗布液の吐出速度を徐々に増加、あるいは徐々に減少させることにより、光磁気ディスクの保護膜のように、環状の塗布膜形状が求められる場合でも、吐出速度を制御することにより膜厚分布を調整することが可能である。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３１０３５５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら本手法は、基板上をノズルが走行していく塗布手法であるため、スピンコート法等と比べて、塗布に要する時間が長いという問題を持っている。
【０００９】
例えば６インチウェハ全面（半径Ｒ＝約７５ｍｍ）に塗布膜を形成する場合、ノズル移動速度が０．２ｍｍ／ｓとすると塗布のみで３７５秒かかる計算となる。
【００１０】
塗布時間を短縮するためには、ノズル移動速度を速めればよいことになるが、その場合には基板の回転速度も速める必要がある。
【００１１】
例えばノズルの先端の内径を１ｍｍとした時、この内径分ノズルが進行するのに要する時間は、ノズル移動速度が０．２ｍｍ／ｓなら５秒、２ｍｍ／ｓなら０．５秒である。一方この時間内に基板は少なくとも一回転している必要がある。従ってこの時の基板回転速度は、ノズル移動速度が０．２ｍｍ／ｓなら１２ｒｐｍ、２ｍｍ／ｓなら１２０ｒｐｍとなり、ノズル移動速度が速くなればなるほど基板回転速度も速くしなければならないことが分かる。
【００１２】
しかし基板の回転速度を速めると、ノズル先端から吐出された液には大きなせん断力が働き、この力の作用により液が途切れてしまうことがある。即ち回転速度にはその上限値が存在し、基板が大きくなればなるほど塗布処理に時間がかかってしまう。
【００１３】
また塗布液が揮発性の高い溶媒を含んでいる場合、基板が一回転する間に、既に塗布された液膜と新たにノズルから吐出される液の固形分濃度が異なるという現象が起きる。この様な場合にはその濃度の違いから、境界上に塗布跡が残る場合がある。回転速度を速めれば新たな液が既存の液膜に接するまでの時間は短縮されるが、回転による揮発の促進効果も増すため有効な手法とは言えない。
【００１４】
本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであり、その目的は回転する基板と、ノズルからの液吐出により円形及び環状の塗布膜を形成するにあたり、その塗布時間を短縮し、かつ高品質な液膜を形成する技術である処の、円形及び環状塗布膜の形成方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る塗布膜の形成方法は、基板を固定し回転させるテーブルと、先端から吐出される塗布液の吐出速度を制御可能な複数のノズルを用いて、前記基板を回転させかつ前記複数のノズルが前記基板の回転中心を通る直線上を移動しながら塗布液を吐出し、基板上に塗布膜を形成する事を特徴とする。
【００１６】
また前記複数のノズルが前記基板の回転中心から同じ距離の位置より同じ速度で互いに相反する方向に移動しながら塗布液を吐出し、基板上に塗布膜を形成することを特徴とする。
【００１７】
また前記複数のノズルの先端が前記基板の回転中心において、互いに接することを特徴とする。
【００１８】
【作用】
上記の様に基板を固定し回転させるテーブルと、先端から吐出される塗布液の吐出速度を制御可能な複数のノズルを用いて、基板を回転させかつ複数のノズルが基板の回転中心を通る直線上を移動しながら塗布液を吐出したとき、ノズルが１本である場合とノズルがｎ本であった場合には、同じテーブル回転速度で塗布する場合、塗布に要する時間は１／ｎですむ計算となる。ノズルが２本である場合の例を考えると、塗布時間は単純に１／２ですむこととなる。この時図１に示すように、２本のノズルを基板の回転中心から同じ距離の位置より同じ速度で互いに相反する方向に移動させることにより、以下の効果を生じる。
【００１９】
液は二重螺旋を描きながら基板上に塗布されていくため、新たに供給される液と既に塗布された液とが接するのに要する時間も１／２になる。
【００２０】
互いのノズルは常に基板の回転中心から等しい位置にあるため、それぞれの吐出速度は同じで構わない。従って高価な吐出速度制御系を共用することが可能である。
【００２１】
またウエハ等の基板に円形の塗布膜を形成するような用途においては、図２に示すようにノズル同士が物理的に干渉しないように、その先端を曲げて基板の回転中心で互いに接するようにした方が好ましい。この様にすることにより２本のノズルから吐出された液は自身の表面張力により一体化し、基板中心ではあたかも１本のノズルから吐出されたのと同様に扱えるからである。
【００２２】
なおここでは２本のノズルでの例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく更に多くのノズルを使えるのは言うまでもない。その際には円周を等分割する直線上を各ノズルが移動するように配置するのが効率の観点で好ましい。
【００２３】
またその際のノズルの移動方向は、各ノズルが基板回転中心から外方に広がって行く方向でも良いし、基板外方から中心に集合する方向でも良い。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２５】
図３は本発明を実施するための塗布装置の正面概略図である。
【００２６】
１はウエハ、円形ディスク等の基板、２は基板１を真空吸着固定した状態で回転するステージ、５はステージ２に回転駆動力を与える回転機構である。回転機構５は制御部８によりその回転速度を制御可能となっている。
【００２７】
基板１上部には塗布液を吐出するノズル３１と基板表面までの距離を測定する変位計４が、取り付け板６に一体的に固定されてノズルユニットを形成している。ノズルユニットはモーター７１とボールネジ９１を介して接続されており、モーター７１を制御部８によって制御することにより昇降自在となっており、任意の高さにノズルユニットを設置することが可能である。またノズルユニットはガイドレール１０に取り付けられており、図示しない移動機構により基板１上方を左右両方向に移動可能となっている。またこの移動機構も制御部８により制御され、ノズルユニットの移動速度、位置を制御することが可能である。
【００２８】
更に全く同様の構成のノズルユニットがもう一つ設けられており、ノズル３２が取り付けられている。ノズル３１と３２はその先端が曲がっており、基板１の回転中心において互いの先端をつき合わせることが出来るようになっている。
【００２９】
ノズル３１，３２へは塗布液供給配管１１を通じて定量ポンプ１２からの塗布液が供給されるようになっている。定量ポンプ１２のピストン部は、モーター７２とボールネジ９２を介して接合された、上下動部材１３によって上下動させられる。モーター７２は制御部８によってその回転速度を制御可能であり、この機構により定量ポンプ１２からの吐出速度は任意に制御することが出来るようになっている。
【００３０】
本装置を用い、まず、変位計４とノズル３１，３２の先端部のゼロ点をあわせておく。この状態で、基板１の所定の塗布範囲を走査し、基板１の表面までの距離を測定する。塗布を行う際には各ポイントにおける測定距離に所望の距離を足した値が、ノズル３１，３２と基板１の表面間距離となる。
【００３１】
（実施例１）
被塗布基板１として６インチのシリコンウエハをステージ２上に真空吸着して固定した。塗布液は、主溶媒がキシレンで固形分濃度５８％のエポキシ系樹脂、粘度約２５０ｍＰａ・ｓを使用した。ノズル３１，３２は先端内径がφ１ｍｍのステンレス製ノズルを用いた。塗布エリアは基板１中心から半径７０ｍｍの範囲とし、塗布後のウェット膜厚で１２５μｍを目標値とした。基板１表面とノズル３１，３２先端との間隔は狙い膜厚以上の１４０μｍとし、基板回転数は１２０ｒｐｍ固定、ノズル移動速度は２ｍｍ／ｓで、各ノズルが１ｍｍ移動する間に基板１が１回転する設定としたが、二つのノズル３１，３２があるため、液の重なり方としては各ノズルが１ｍｍ進む間に実質的に２回塗布されることになる。
【００３２】
ノズル３１，３２の先端を基板１の回転中心で互いに接した状態とし、各ノズルから吐出速度４．６×１０−３ｍｌ／ｍｉｎ、合計９．２×１０−３ｍｌ／ｍｉｎの吐出速度で０．５秒間吐出した後、ノズル３１，３２を１８０°反対の方向に移動させた。
【００３３】
塗布中の吐出速度の設定を図４に示す。図中縦軸はノズル３１，３２の合計吐出速度を表しており、それぞれのノズルではこの半分の吐出がなされる。この設定は遠心力による基板上での塗布液の流れを補正し、均一な膜厚が得られる様、吐出速度を制御したものである。
【００３４】
塗布中の液の状態としてスピンコート法とは異なり、液が基板外に飛散することはもちろんなかった。
【００３５】
また、溶媒揮発の影響による塗布跡も残っていなかった。
【００３６】
塗布後、レーザーフォーカス変位計（キーエンス社製  ＬＴ−８１００）を用い非接触でウェット状態の基板１上の塗布膜厚を測定した結果を図５に示す。この図５から分かるようにウエハの半径方向で膜端部５ｍｍを除く範囲で膜厚分布が±３％と均一なものとなった。
【００３７】
（比較例１）
比較例１としてノズル３２への液供給を停止し、ノズル３１のみを使用して塗布を行ってみた。使用した装置、ウエハ、塗布液、塗布範囲、目標膜厚は実施例１と全く同一である。
【００３８】
実施例１と塗布に要する時間及び条件を揃えるため、ノズル３１は先端内径がφ１ｍｍのステンレスノズルを用い、基板表面とノズル先端との間隔は１４０μｍ、基板回転数は２４０ｒｐｍ固定、ノズル移動速度は２ｍｍ／ｓで、ノズル３１が１ｍｍ移動する間に基板１が２回転して２回塗布が行われる設定とした。
【００３９】
塗布中の吐出速度の設定は図４で示した実施例１と同一であり、本比較例では前述の通りノズル３１からのみ吐出が行われる。
【００４０】
基板１の回転中心で９．２×１０−３ｍｌ／ｍｉｎの吐出速度で０．５秒間吐出した後、ノズル３１の移動を開始したが、１０ｍｍほど進行した段階で、ノズル３１からの吐出液が形成された液膜と乖離してしまい、ウエハ全面を塗布することが出来なかった。これは基板１の回転速度が速過ぎたため大きなせん断力が吐出液にかかり、途切れてしまったと考えられる。
【００４１】
（実施例２）
被塗布基板１として３．５インチのポリカーボネート製で中心に約φ１５ｍｍの穴の開いたドーナツ状のディスク基板をステージ２上に真空吸着して固定した。塗布液は、光硬化性のアクリル系樹脂、粘度約５００ｍＰａ・ｓを使用した。ノズル３１，３２は先端内径がφ１ｍｍのステンレス製ノズルを用いた。塗布エリアは基板中心からの距離で１９ｍｍから４２ｍｍの範囲とし、塗布後のウェット膜厚で６５μｍを目標値とした。基板表面とノズル先端との間隔は狙い膜厚以上の８０μｍとし、基板回転数は２４０ｒｐｍ固定、ノズル移動速度は４ｍｍ／ｓでノズルが１ｍｍ移動する間に基板１が１回転する設定としたが、二つのノズル３１，３２があるため、液の重なり方としては各ノズルが１ｍｍ進む間に実質的に２回塗布されることになる。
【００４２】
基板１の回転を開始させた後に、塗布開始部である半径１９ｍｍの距離で、基板中心対称となるように二つのノズル３１，３２を配置し、各ノズルから吐出速度０．４７５ｍｌ／ｍｉｎ、合計０．９５ｍｌ／ｍｉｎの吐出速度で０．５秒間吐出させてからノズル３１，３２を１８０°反対の方向に移動させた。
【００４３】
塗布中の吐出速度の設定を図６に示す。図中縦軸はノズル３１，３２の合計吐出速度を表しており、それぞれのノズルではこの半分の吐出がなされる。この設定は遠心力による基板上での塗布液の流れを補正し、均一な膜厚が得られる様、吐出速度を制御したものである。
【００４４】
塗布中の液の状態としてスピンコート法とは異なり、液が基板外に飛散することはもちろんなかった。
【００４５】
塗布後、レーザーフォーカス変位計（キーエンス社製  ＬＴ−８１００）を用い非接触でウェット状態の基板上の塗布膜厚を測定した結果を図７に示す。この図７から分かるようにディスク基板の半径方向で膜端部２ｍｍを除く範囲で膜厚分布が±２％と均一なものとなった。
【００４６】
（比較例２）
比較例２としてノズル３２への液供給を停止し、ノズル３１のみを使用して塗布を行ってみた。使用した装置、ディスク基板、塗布液、塗布範囲、目標膜厚は実施例２と全く同一である。
【００４７】
実施例１と塗布に要する時間及び条件を揃えるため、ノズル３１は先端内径がφ１ｍｍのステンレス製ノズルを用い、基板表面とノズル先端との間隔は８０μｍ、基板回転数は４８０ｒｐｍ固定、ノズル移動速度は４ｍｍ／ｓで、ノズル３１が１ｍｍ移動する間に基板１が２回転して２回塗布が行われる設定とした。
【００４８】
塗布中の吐出速度の設定は図６で示した実施例２と同一であり、本比較例では前述の通りノズル３１からのみ吐出が行われる。
【００４９】
基板１の回転を開始させた後に、塗布開始部である半径１９ｍｍの位置で０．９５ｍｌ／ｍｉｎの吐出速度で０．５秒間吐出させてからノズル３１の移動を開始させたが、移動開始直後にノズル３１からの吐出液が基板１上面に付着しなくなり、しかもその液が基板外に飛散してしまい、本来の機能を果たすことが出来なかった。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば円形及び環状に塗布膜を形成するにあたり、その塗布所要時間を短縮し、しかも塗布液の溶媒揮発の影響によるムラの発生を抑えた高品位の塗布膜を形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明した図
【図２】本発明の実施形態を説明した図
【図３】本発明に用いる塗布膜形成装置の概略図
【図４】本発明の第１の実施例を説明する図
【図５】本発明の第１の実施例の結果を説明する図
【図６】本発明の第２の実施例を説明する図
【図７】本発明の第２の実施例の結果を説明する図
【符号の説明】
１  基板
２  ステージ
４  変位計
５  回転機構
６  取り付け板
８  制御部
１０  ガイドレール
１１  塗布液供給配管
１２  定量ポンプ
１３  上下動部材
３１  ノズル
３２  ノズル
７１  モーター
７２  モーター
９１  ボールネジ
９２  ボールネジ
【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】
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【図６】
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【図７】
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