(57)【要約】【課題】  面内均一性の高い塗布膜の形成が可能な塗布膜形成方法及び形成装置を提供すること。【解決手段】基板を回転させかつ前記基板の回転中心を通る直線上を移動しながらノズルより塗布液を吐出させて前記基板の上に塗布膜を形成する塗布膜の形成方法において、基板中心を０とする直線軸上での吐出開始ノズル位置をｒ１、吐出終了ノズル位置をｒ３、その間の任意のノズル位置をｒ２、とした時（ｒ１＜ｒ２＜ｒ３）、ｒ２より小さい領域では、ｑ/ｖ＞ｄ・ｈ、ｒ２より大きい領域では、ｑ/ｖ＜ｄ・ｈの条件下で塗布液の吐出量の制御を行うことを特徴とする塗布膜形成方法。但し、ｄ：狙い膜厚、ｑ：単位時間当りの吐出量、ｖ：ノズル位置での基板の周速度、ｈ：ノズルの吐出幅、基板回転速度とノズル移動速度は一定【選択図】  図１
2005262171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を回転させかつ前記基板の回転中心を通る直線上を移動しながらノズルより塗布液を吐出させて前記基板の上に塗布膜を形成する塗布膜の形成方法において、基板中心を０とする直線軸上での吐出開始ノズル位置をｒ１、吐出終了ノズル位置をｒ３、その間の任意のノズル位置をｒ２、とした時（ｒ１＜ｒ２＜ｒ３）、ｒ２より小さい領域では、ｑ/ｖ＞ｄ・ｈ、ｒ２より大きい領域では、ｑ/ｖ＜ｄ・ｈの条件下で塗布液の吐出量の制御を行うことを特徴とする塗布膜形成方法。
但し、
ｄ：狙い膜厚
ｑ：単位時間当りの吐出量
ｖ：ノズル位置での基板の周速度
ｈ：ノズルの吐出幅
基板回転速度とノズル移動速度は一定
【請求項２】
ｒ２は、ｑ/ｖ＝ｄ・ｈとしたときに、膜厚が最も小さくなる位置から±１０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載の塗布膜形成方法。
【請求項３】
ｒ２より小さい領域では、ｑ/ｖ＞１．３ｄ・ｈとすることを特徴とする請求項１又は２記載の塗布膜形成方法。
【請求項４】
ｒ２より大きい領域では、ｑ/ｖ＜０．８５ｄ・ｈとすることを特徴とする請求項１又は２記載の塗布膜形成方法。
【請求項５】
基板を固定し回転させるテーブルと、
先端より塗布液を前記基板の上に吐出させるためのノズルと、
前記基板の回転中心を通る直線上に前記ノズルを移動させるための手段と、
基板中心を０とする直線軸上での吐出開始ノズル位置をｒ１、吐出終了ノズル位置をｒ３、その間の任意のノズル位置をｒ２、とした時（ｒ１＜ｒ２＜ｒ３）、ｒ２より小さい領域では、ｑ/ｖ＞ｄ・ｈ、ｒ２より大きい領域では、ｑ/ｖ＜ｄ・ｈの条件下で塗布液の吐出量の制御を行う制御部と、
を有することを特徴とする塗布膜形成装置。
但し、
ｄ：狙い膜厚
ｑ：単位時間当りの吐出量
ｖ：ノズル位置での基板の周速度
ｈ：ノズルの吐出幅
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の円形基板、ＣＤ、ＤＶＤ等の環状記録ディスク基板上に塗布膜を形成する方法及び塗布装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００１−３１０１５５号公報
【０００３】
従来、半導体ウエハやディスク等の円形あるいは環状の基板の上にレジストや保護膜を形成する方法としてスピンコート法が多用されている。スピンコート法は基板上に塗布液を滴下したのち基板を高速で回転させることで基板全面に塗布液を広げ遠心力により基板全面に均一な塗布膜を形成する方法である。ディスク等の環状の基板においてもスピンコート法が適用されるが環状基板の場合、基板内周から外周に向けて膜厚が厚くなる傾向にあり基板の回転条件や塗布液の滴下の条件によって膜厚の均一化を図る対策が行われているが全面に渡って均一な膜厚の塗布膜を得ることは難しい。
【０００４】
また、スピンコート法は、基板全面に塗布液を広げるために液量を多く使用し、なおかつその塗布液の大部分（約95％以上）を遠心力により基板外に飛散させてしまうため塗布液の再利用も困難である。特に、材料コストの高い塗布材料においては塗布膜の膜厚の不均一性という課題に加えて、材料の使用効率の面で課題を抱えている。
【０００５】
このような状況下、円形及び環状の基板の上への塗布膜の形成方法として、基板を回転させ、その回転中心を通る直線上を、吐出量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特許文献１（特開２００１−３１０１５５号公報）に開示されている。この方法によれば、基板外に塗布液を飛散させることなく塗布膜を塗布できるため、ノズル先端から吐出された塗布液をほぼ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量を徐々に増加、あるいは徐々に減少させる必要がある。その制御は塗布中の各ノズル位置での基板の周速度ｖとノズルからの単位時間当りの吐出量ｑの比ｑ/ｖを一定に保ちながら塗布するものである。内周から外周にノズルを移動させ回転数一定の場合、所望の膜厚ｄを得るためのｑ（＝ｄ・ｖ・ｈ）を決定し、その後ノズルの移動とともに周速度ｖがリニアに増加するためｑ/ｖを一定に保つようにｑをリニアに増加させていく吐出量制御となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、実際には基板が回転しているため基板上に吐出された液は各位置で遠心力を受け外周方向に液が移動し、最終的に均一な膜厚が得られないという問題が発生する。また遠心力は基板の各位置によって異なり外周の位置ほど大きくなるため遠心力の弱い内周で膜厚が厚く、その外側で膜厚が薄く、さらにその外側で膜厚が増加していくような不均一な膜厚分布を引き起こすことがある。特に回転数が高速になったときに遠心力が大きくなるため塗布工程のタクトを短くする目的でより高速回転で塗布した場合このような不均一性を生じることが多い。
【０００８】
本発明の目的は、塗布膜の膜厚の面内均一性を向上させることが可能な塗布膜形成方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、塗布膜の膜厚の面内均一性を向上させることが可能な塗布膜形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するための塗布膜形成方法は、基板を回転させかつ前記基板の回転中心を通る直線上を移動しながらノズルより塗布液を吐出させて前記基板の上に塗布膜を形成する塗布膜の形成方法において、基板中心を０とする直線軸上での吐出開始ノズル位置をｒ１、吐出終了ノズル位置をｒ３、その間の任意のノズル位置をｒ２、とした時（ｒ１＜ｒ２＜ｒ３）、ｒ２より小さい領域では、ｑ/ｖ＞ｄ・ｈ、ｒ２より大きい領域では、ｑ/ｖ＜ｄ・ｈの条件下で塗布液の吐出量の制御を行うことを特徴とする。
但し、
ｄ：狙い膜厚
ｑ：単位時間当りの吐出量
ｖ：ノズル位置での基板の周速度
ｈ：ノズルの吐出幅
基板回転速度とノズル移動速度は一定
【００１０】
本発明の塗布膜形成装置は、基板を固定し回転させるテーブルと、先端より塗布液を前記基板の上に吐出させるためのノズルと、前記基板の回転中心を通る直線上に前記ノズルを移動させるための手段と、基板中心を０とする直線軸上での吐出開始ノズル位置をｒ１、吐出終了ノズル位置をｒ３、その間の任意のノズル位置をｒ２、とした時（ｒ１＜ｒ２＜ｒ３）、ｒ２より小さい領域では、ｑ/ｖ＞ｄ・ｈ、ｒ２より大きい領域では、ｑ/ｖ＜ｄ・ｈの条件下で塗布液の吐出量の制御を行う制御部と、を有することを特徴とする。
但し、
ｄ：狙い膜厚
ｑ：単位時間当りの吐出量
ｖ：ノズル位置での基板の周速度
ｈ：ノズルの吐出幅  
【００１１】
ｒ２は、ｑ/ｖ＝ｄ・ｈとしたときに、膜厚が最も小さくなる位置から±１０ｍｍの範囲とすることが好ましい。ｒ２をこの位置とすることにより塗布膜の面内均一性はより一層向上する。
ｒ２より小さい領域では、ｑ/ｖ＞１．３ｄ・ｈとすることが好ましい。なお、上限としては、過剰にｑ/vを増やすとｒ1〜ｒ２の領域が厚くなりすぎるためｑ/ｖ＜２ｄ・ｈが好ましい。
ｒ２より大きい領域では、ｑ/ｖ＜０．８５ｄ・ｈとすることが好ましい。なお、下限としては、過剰にｑ/vを減らすとｒ２〜ｒ３の領域が薄くなりすぎるためｑ/ｖ＞０．５ｄ・ｈが好ましい。
【００１２】
また、塗布膜としては、レジスト膜のみならず、各種保護膜その他の膜を対象とすることができる。例えば、レジスト、保護膜、接着剤等液体であれば可能である。たとえばノボラック樹脂を含む感光性ポジレジスト、化学増幅型ネガレジスト、アクリル系感光性保護膜、エポキシ接着剤等である。
【発明の効果】
【００１３】
以上の説明の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狙い膜厚から半径方向のノズル各位置での吐出量を制御することで遠心力による塗布液の流れを補完し、面内の塗布膜厚分布の均一性を高めることができる。
（作用）
【００１４】
上記、基板を固定し回転させるテーブルと先端より塗布液を吐出制御可能なノズルを用いて前記基板を回転させかつ前記基板の回転中心を通る直線上を移動しながら前記ノズルより塗布液を吐出させ基板上に塗布膜を形成する塗布膜の形成方法において遠心力による基板上の液の移動を考慮しない場合、ノズルからの吐出量制御は塗布中の各ノズル位置での基板の周速度ｖとノズルからの単位時間当りの吐出量ｑの比ｑ/ｖを一定に保つことで基板面内に均一な量の塗布液が形成されることになる。
【００１５】
しかし実際には遠心力が作用し図３に示すように基板外周方向の中間点付近で膜厚が減少し、その外側で徐々に膜厚が上昇していく膜厚分布となる。これを補正するため内側から塗布を開始した場合、開始ｒ１からある間の位置ｒ２まではｑ/ｖを所望の膜厚分より多く吐出させ、ｒ２以降の塗布終了部ｒ３まではｑ/ｖを所望の膜厚分より少なく吐出させることで上記膜厚分布を補正し均一化を図ることが可能となる。ｑ/ｖの増加量、減少量および間の点ｒ２の位置は、塗布する塗布液の粘度及び基板の回転数によって異なるため状況により最適化すればより一層膜厚の均一性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。
本形態に係る塗布膜形成装置は、基板１を固定し回転させるテーブル２と、先端より塗布液を基板１の上に吐出させるためのノズル３と、基板１の回転中心を通る直線上にノズル３を移動させるための手段（ガイドレール１０）と、基板中心を０とする直線軸上での吐出開始ノズル位置をｒ１、吐出終了ノズル位置をｒ３、その間の任意のノズル位置をｒ２、とした時（ｒ１＜ｒ２＜ｒ３）、ｒ２より小さい領域では、ｑ/ｖ＞ｄ・ｈ、ｒ２より大きい領域では、ｑ/ｖ＜ｄ・ｈの条件下で塗布液の吐出量の制御を行う制御部８とを有する。
【００１７】
以下より詳細に説明する。 
基板1は真空吸着により回転可能なテーブル２に固定されている。テーブル２には回転機構５が取り付けられており、回転機構５を駆動することによりテーブル２は回転する。なお、本例では、回転機構５の回転速度は制御部８により制御可能とされている。従って、制御部からの信号によりテーブル２ひいては基板１の回転速度を所望の値に制御することができる。
【００１８】
ノズル３は取り付け板６に取り付けられている。取り付け板６はガイドレール１０にスライド可能に取り付けられている。一方、取り付け板６には、ボールネジ９１を介してモータ７１が設けられている。モータ７１を駆動源として取り付け板６はガイドレール１０に沿って駆動される。そして、ノズル３は、基板１の回転中心を通る位置に設定してある。従って、ノズル３は、基板１の回転中心を通る直線上を移動可能となる。なお、本例では、モータ７１は制御部８により制御され、モータ７１を制御することによりノズル３の移動速度を制御可能としている。
【００１９】
また、ボールネジ９１の調整によりノズル３は高さが調整される。これにより、ノズル３の先端と基板１との距離を任意の値に設定することができる。ノズル３の高さ制御も制御部８により行うことが可能となっている。なお、本例では、変位計４を設けてあり、ノズル３の高さを検知しながら、ノズル３の高さを所定の高さに制御できるようにしてある。
【００２０】
ノズル３には、塗布液供給配管１１とバルブ（図示せず）を介して吐出量を制御できる定量ポンプ１２に連結されている。定量ポンプ１２には、シリンジ型ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプ、ギヤポンプ等を用いることが可能である。定量ポンプ１２には、上下動部材１３、ボールネジ９２、モータ７２が順次設けられている。１２の定量ポンプがシリンジになっていてその中に塗布液が充填されている。これをその下のピストンで押すことで液をノズル３より吐出させることが出来る。吐出量は、ピストンに連結した９２ボールネジを介して７２モータの回転速度を制御することで可能となる。
【００２１】
基板テーブル２の回転中心にウエハ等の被塗布基板１の中心を一致させテーブル２上に吸着させる。次にノズル３を基板中心に移動させかつノズル先端と基板表面の間隔を適正値に接近させた状態で基板を一定の回転数で回転させながら定量ポンプ１２を作動させノズル３の先端より塗布液を吐出させ基板１の外周方向の直線上を一定速度で移動させることによりウエハ基板１上にらせん状に塗布液を塗布することでウエハ基板１上に塗布膜を形成することができる。
【００２２】
このときノズル３の位置により吐出させる液量を定量ポンプ１２によって制御することを可能としている。図１に示す例では、上下動部材１３をボールネジ９２により上下動させることにより、定量ポンプ１２からの液量の制御を行っている。
【実施例１】
【００２３】
被塗布基板として６インチのシリコンウエハを基板テーブル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。ノズルは先端内径がφ１ｍｍ（ｈ）のステンレス製ノズルを用いた。塗布エリアは、基板中心から半径７０ｍｍのエリアで塗布後のウエット膜厚で１２５μｍを目標とした。基板回転数は２４０ｒｐｍ固定、ノズル移動速度は２ｍｍ／ｓでノズルが１ｍｍ移動する間に基板が２回転する設定とした。基板表面とノズル先端との間隔は狙い膜厚以上の１４０μｍとしこれらの条件下で基板中心から外周半径で７０ｍｍの領域への塗布を行った。
【００２４】
塗布中の吐出液量の制御は、以下のように行った。狙い膜厚ｄ＝１２５μｍであることから。ｄ・ｈは０．１２５（ｍｍ２）となる。塗布開始位置ｒ１（基板中心０ｍｍ）から間の点ｒ２（１５ｍｍ）の間のｑ／ｖを０．１８７５（ｍｍ２）とした。その後のｒ２（１５ｍｍ）から塗布終了位置ｒ３（７０ｍｍ）までをｑ／ｖ＝０．１０５３（ｍｍ２）で吐出量を制御した。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。
【００２５】
塗布後、レーザーフォーカス変位計（キーエンス社製  ＬＴ−８０１０）で非接触でウエット状態の基板上の塗布膜の膜厚を測定した結果を図２に示す。この図２からわかるようにウエハの半径方向で膜端部の厚膜部分を除く範囲で膜厚分布は約±５％と均一なものとなった。
【００２６】
（比較例）
実施例１と同様の装置、ウエハ、塗布液、狙い膜厚で塗布を行った。塗布中の吐出液量は、塗布開始から終了までｑ／ｖ＝０．１２５（ｍｍ２）で一定で制御した。塗布後、レーザーフォーカス変位計（キーエンス社製  ＬＴ−８０１０）で非接触でウエット状態の基板上の塗布膜の膜厚を測定した結果を図３に示す。この図３からわかるようにウエハの中心から半径方向約１５ｍｍ付近に膜厚の薄い部分が発生しそれより外側の領域で徐々に膜厚が上昇する分布となった。膜端部の厚膜部分を除く範囲で膜厚分布は約±２０％で不均一なものとなった。
【実施例２】
【００２７】
被塗布基板として３．５インチのポリカーボネート製で中心にφ１５ｍｍの穴のあいたドーナッツ状のディスク基板を基板テーブル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。ノズルは先端内径がφ１ｍｍ（ｈ）のステンレス製ノズルを用いた。塗布エリアは、基板中心から半径２０ｍｍから半径４０ｍｍのエリアで塗布後のウエット膜厚で６５μｍを目標とした。基板回転数は２４０ｒｐｍ固定、ノズル移動速度は２ｍｍ／ｓでノズルが１ｍｍ移動する間に基板が２回転する設定とした。基板表面とノズル先端との間隔は狙い膜厚以上の８０μｍとしこれらの条件下で基板中心方向から外周半径の領域へ環状に塗布を行った。
【００２８】
塗布中の吐出液量の制御は、以下のように行った。狙い膜厚ｄ＝６５μｍであることから。ｄ・ｈは０．０６５（ｍｍ２）となる。塗布開始位置ｒ１（２０ｍｍ）から間の点ｒ２（２３ｍｍ）の間のｑ／ｖを０．０９７５（ｍｍ２）とした。その後のｒ２（２３ｍｍ）から塗布終了位置ｒ３（４０ｍｍ）までをｑ／ｖ＝０．０５３６（ｍｍ２）で吐出量を制御した。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。
【００２９】
塗布後、レーザーフォーカス変位計（キーエンス社製ＬＴ−８０１０）で非接触でウエット状態の基板上の塗布膜の膜厚を測定した結果を図４に示す。この図４からわかるようにウエハの半径方向で膜端部の厚膜部分を除く範囲で膜厚分布は約±２．５％と均一なものとなった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る塗布膜形成装置の概略図である。
【図２】本発明の実施例１の結果を説明する図である。
【図３】本発明の比較例の結果を説明する図である。
【図４】本発明の実施例２の結果を説明する図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    基板
４    変位計
２    テーブル
３    ノズル
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
７１  モータ
７２  モータ
９１  ボールネジ
９２  ボールネジ
【図１】
2005262171.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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