(57)【要約】【課題】塗布液の利用効率を極めて高くすることができ、被膜形成に要する塗布液の量を極めて少なくすることができる塗布液塗布方法を提供する。【解決手段】微細線状にした塗布液を微小間隔で基板のほぼ表面全体にわたって同心円状に供給するステップＳ３（供給過程）と、基板に供給された塗布液に対して面方向への微小な力を付与して塗布液をならすステップＳ４（レベリング過程）とを順に実施する。面方向への微小な力により塗布液をならすので、塗布液が周囲に飛散することなく微小間隔が塗布液で埋められて基板の表面全体が塗布液で覆われる。したがって、ほとんど全ての塗布液を被膜形成に利用することができ、塗布液の利用効率を最大限に高めることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布液を基板に供給してその表面に被膜を形成する塗布液塗布方法であって、
微細線状にした塗布液を微小間隔で基板のほぼ表面全体にわたって同心円状に供給する供給過程と、
基板に供給された塗布液に対して面方向への微小な力を付与して塗布液をならすレベリング過程と、
を順に実施することを特徴とする塗布液塗布方法。
【請求項２】
請求項１に記載の塗布液塗布方法において、
前記供給過程は、溶媒雰囲気中で行われることを特徴とする塗布液塗布方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の塗布液塗布方法において、
前記レベリング過程では、一定方向への極低速回転により前記微小な力を付与することを特徴とする塗布液塗布方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の塗布液塗布方法において、
前記レベリング過程では、正逆方向に交互に変わる極低速回転により前記微小な力を付与することを特徴とする塗布液塗布方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の塗布液塗布方法において、
前記レベリング過程では、微小振動により前記微小な力を付与することを特徴とする塗布液塗布方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の塗布液塗布方法において、
前記供給過程では、基板の端縁部より一定距離だけ基板中心側に位置する円形状の領域内にのみ塗布液の供給が行われることを特徴とする塗布液塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス基板（以下、単に基板と称する）に対し、フォトレジスト液、SOG(Spin On Glass)や低誘電膜材料などの塗布液を供給して被膜を形成するための塗布液塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の塗布液塗布方法としては、基板を低速回転させながら、その回転中心付近に塗布液を供給し、塗布液が基板の表面全体に拡がった後に塗布液の供給を停止するとともに回転数を高め、高速回転によって余分な塗布液を基板の周囲に振り切るとともに表面を覆っている塗布液から溶媒を揮発させて被膜を形成する方法が代表的である。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平２−２３３１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の方法は、塗布液の供給時においても周囲に塗布液が飛散し、その後の振り切り時においても塗布液が飛散するので、塗布液の利用効率が極めて低いという問題点がある。
【０００４】
このような問題を解決するために、基板に供給した塗布液が拡がって基板の表面全体を覆う前に加速することにより、基板の中心から端縁に向かって線状に伸びてゆく塗布液の幅を拡げて短時間で基板の表面全体を覆うようにした方法や、塗布液の供給前に溶媒を塗布しておき、塗布液が基板の表面を短時間で覆うようにした方法が提案されている。
【０００５】
しかしながら、上記の提案方法のいずれも遠心力を利用して余分な塗布液を振り切り、塗布液に含まれる溶媒を遠心力により揮発させて被膜を形成するという基本原理が従来例と同じである。したがって、従来例よりは塗布液の利用効率が多少は改善されるとはいえ、やはり塗布液の利用効率が低いことに変わりはない。
【０００６】
なお、半導体製造分野において近年使用されているフォトレジスト液や誘電膜材料などの塗布液は極めて高価であるので、その利用効率を向上させることは重要な課題となっている。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、塗布液による基板表面の覆い方を工夫することにより、塗布液の利用効率を極めて高くすることができ、被膜形成に要する塗布液の量を極めて少なくすることができる塗布液塗布方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項1に記載の発明は、塗布液を基板に供給してその表面に被膜を形成する塗布液塗布方法であって、微細線状にした塗布液を微小間隔で基板のほぼ表面全体にわたって同心円状に供給する供給過程と、基板に供給された塗布液に対して面方向への微小な力を付与して塗布液をならすレベリング過程と、を順に実施することを特徴とするものである。
【０００９】
［作用・効果］請求項1に記載の発明によれば、供給過程において微細線状に微小間隔をおいて同心円状に塗布液を供給し、レベリング過程において面方向への微小な力を付与して塗布液をならす。これにより基板表面に供給された塗布液には面方向へに対して力が加わり、各微小間隔が塗布液で埋められてゆくので、基板の表面全体が塗布液で覆われる。したがって、ほとんど全ての塗布液を被膜形成に利用することができるので、塗布液の利用効率を最大限に高めることができ、被膜形成に必要な塗布液の量を極めて少なくすることが可能である。
【００１０】
また、周囲に飛散する塗布液がほとんど無いことから、飛散防止カップの内面で跳ね返って基板面に付着する塗布液による膜質の品質低下が回避できるとともに、塗布液の回収及び廃液処理が簡易なもので代替可能となる。さらに、高速回転に伴う外周付近での乱流による面内溶媒揮発差異に起因する膜厚不均一の問題を解消することが可能である。
【００１１】
また、本発明において、前記供給過程は、溶媒雰囲気中で行われることが好ましい（請求項２）。溶媒雰囲気中で塗布液を供給することにより、微細線状の塗布液から溶媒が揮発することを抑制できるので、塗布液の流動性を維持できる。したがって、効率的に塗布液をならすことができ、被膜の膜厚均一性を向上することができる。
【００１２】
また、本発明において、前記レベリング過程では、一定方向への極低速回転により前記微小な力を付与することが好ましい（請求項３）。一定方向へ極低速回転を付与することにより、微細線状の塗布液を周囲に飛散させることなく線幅を拡げることができ、各微小間隔を塗布液で埋めることができる。
【００１３】
また、本発明において、前記レベリング過程では、正逆方向に交互に変わる極低速回転により前記微小な力を付与することが好ましい（請求項４）。正逆方向への極低速回転により、微細線状の塗布液を周囲に飛散させることなく塗布液の線幅を拡げることができ、各微小間隔を塗布液で埋めることができる。
【００１４】
また、本発明において、前記レベリング過程では、微小振動により前記微小な力を付与することが好ましい（請求項５）。微小振動を付与することにより、塗布液の線幅を拡げることができ、各微小間隔を塗布液で埋めることができることができる。
【００１５】
また、本発明において、前記供給過程では、基板の端縁部より一定距離だけ基板中心側に位置する円形状の領域内にのみ塗布液の供給が行われることが好ましい（請求項６）。基板の外周部に塗布液が供給されないので、一般に発塵防止のためエッジリンスにより剥離される領域に被膜が形成されないようにでき、被膜形成後に行われるエッジリンス処理を省略することができる。したがって、少ない処理で被膜を形成することが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る塗布液塗布方法によれば、供給過程において微細線状に微小間隔をおいて同心円状に塗布液を供給し、レベリング過程において面方向への微小な力を付与して塗布液をならす。これにより基板表面に供給された塗布液には面方向へに対して力が加わり、各微小間隔が塗布液で埋められてゆくので、基板の表面全体が塗布液で覆われる。したがって、ほとんど全ての塗布液を被膜形成に利用することができるので、塗布液の利用効率を最大限に高めることができ、被膜形成に必要な塗布液の量を極めて少なくすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
図１および図２はこの発明の一実施例に係り、図１は本発明方法を実施する基板塗布装置の概略構成を示したブロック図であり、図２は供給ノズルの動作を示した平面図である。
【００１８】
塗布の対象である基板Ｗは、塗布面を上方に向けた姿勢でスピンチャック１に載置され、水平姿勢で吸着保持される。スピンチャック１の下面中央には回転軸３が連結されており、その下端部が電動モータ５に連結されている。したがって、電動モータ５が回転駆動されると、スピンチャック１が鉛直方向の回転軸芯Ｐ１周りに回転され、基板Ｗが水平面内で回転駆動されるようになっている。
【００１９】
なお、上記のスピンチャック１は、基板Ｗを吸着により支持するタイプに限定されるものではなく、基板Ｗの端縁及び下面を当接支持するメカ式のスピンチャックであってもよい。
【００２０】
スピンチャック１の周囲には、塗布液や溶媒が漏れた場合にそれらを回収するための回収カップ７が配設されている。この回収カップ７の底部には平面視ドーナツ状の凹部が形成されており、実際にはこの回収ゾーン７a が塗布液等を貯留回収する。
【００２１】
回収カップ７の上部には、図１に示した処理位置と、その上方にあたる待機位置とにわたって昇降可能な上部カップ９が配備されている。上部カップ９は、その下面が開放されており、処理位置に下降した際に回収カップ７の上部内周縁に、その下部外周縁が当接して閉塞された処理室１１を構成する。この処理室１１には後述するように揮発した溶媒が供給されるとともに、内部の雰囲気が排出されるようになっている。つまり、溶媒蒸気の取り込みが上部カップ９の上面中央部に形成された供給口９ａから行われ、排出が周辺部側に形成された排出口９ｂから行われる。
【００２２】
処理室１１の一部位には、塗布液を供給するための供給ノズル１３が配備されている。この供給ノズル１３は、基端部側に揺動軸芯Ｐ２が設けられており、揺動駆動機構１５により、先端部側に設けられている吐出部１３ａが、図２に実線で示す待機位置から移動して基板Ｗの中心（回転軸芯Ｐ１）と、基板Ｗの周縁部とにわたって揺動駆動される（図２参照）。
【００２３】
また、吐出部１３ａに形成されている吐出口（図示省略）の径は、従来例における径に比較して極めて小さく、例えば３０〜７０μｍ程度である。さらに、塗布液は粘度が非常に低く例えば５ｃｐ程度である。吐出部１３ａに設けてある吐出口の数は１つでもよいが、複数個（例えば一列に３２個）設けてあってもよい。
【００２４】
なお、吐出部１３ａにおける吐出口の数や径、塗布液の粘度、後述する供給ノズル１３の揺動速度、電動モータ５の回転速度などは後述する条件を満たすように適宜設定される。
【００２５】
上述した上部カップ９の供給口９ａは、開閉弁１７を介して、溶媒を貯留している貯留タンク１９に連通接続されている。貯留タンク１９には、不活性ガスが開閉弁２１を介して供給されるようになっており、不活性ガスの注入で発生する気泡により揮発した貯留タンク１９内の溶媒が供給口９ａに送り込まれる。また、上部カップ９の排出口９ｂは、開閉弁２３を介して大気に開放されている。
【００２６】
上述した電動モータ５の回転制御、上部カップ９の昇降制御、揺動駆動機構１５の揺動制御、供給ノズル１３の吐出制御、開閉弁１７，２１，２３の開閉制御は制御部２５によって統括的に制御される。
【００２７】
次に、図３を参照しながら、上述したように構成された基板塗布装置による塗布処理について説明する。なお、図３は塗布液塗布方法を示したフローチャートである。
【００２８】
ステップＳ１
制御部２５が上部カップ９を待機位置にまで上昇させて処理室１１を開放した後、図示しない搬送手段によって処理対象である基板Ｗをスピンチャック１に載置する。このとき被膜被着側を上に向けて載置する。基板Ｗをスピンチャック１に載置した後、上部カップ９を処理位置（図１の状態）にまで下降させて処理室１１を形成する。
【００２９】
ステップＳ２
制御部２５は、開閉弁２３を開放して処理室１１を大気に開放するとともに、開閉弁１７，２１を開放する。これにより処理室１１内を占める現在の雰囲気が排気されるとともに、溶媒の蒸気が供給されて処理室１１内が溶媒雰囲気に維持される。
【００３０】
ステップＳ３（供給過程に相当）
まず、供給ノズル１３が図２に実線で示す待機位置から二点鎖線で示す供給位置に揺動される。次に、制御部２５が電動モータ５を極低速回転させ、供給ノズル１３を待機位置に向けて移動させながら、供給ノズル１３からの塗布液の供給を開始する。電動モータ５の回転数は、あまり回転数が高いと供給時に塗布液が周囲に流れてしまう一方、回転数が低く過ぎると塗布液の供給のために長時間を要するので、例えば数十〜１００ｒｐｍ程度が望ましい。
【００３１】
これにより基板Ｗには、図４に示すように、基板Ｗの中心部から周縁部に向かって微小間隔をおいて螺旋状に軌跡を描くように、基板Ｗのほぼ表面全体にわたって塗布液Ｌが供給される。なお、基板Ｗの端縁部から距離ｄ０に達した時点で塗布液の供給を停止し、供給ノズル１３を待機位置に移動させるとともに電動モータ５の回転を停止させるのが好ましい。これにより発塵防止のため被膜形成後に行われるエッジリンス処理を省略することができ、少ない処理で被膜を形成することが可能である。距離ｄ０は、基板Ｗの径やその後のプロセスによっても異なるが、例えば、５ｍｍ程度である
【００３２】
上述したようにして供給された直後の塗布液は、図５の模式図に示すようになっている。
すなわち、塗布液Ｌが微細線状で供給されていることから、塗布液Ｌの幅ｄ１は従来例に比較して極めて小さくなっており、例えばｄ１＝３０〜７０μｍである。また、各微小間隔ｄ２は例えばｄ２＝５０〜３００μｍである。
【００３３】
ステップＳ３（レベリング過程に相当）
電動モータ５を駆動することにより、微小間隔ｄ２をおいて螺旋状に供給された微細線状の塗布液Ｌを均して所望膜厚ｄ３を得る。
【００３４】
塗布液をならす具体的な手法としては、例えば、電動モータ５を４００〜５００ｒｐｍの極低速回転で所定時間だけ駆動して塗布液Ｌに横方向への微小な力を付与する。これにより図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、塗布液Ｌが溶けるようにして低くなるとともに幅を拡げてゆき、各微小間隔ｄ２が塗布液Ｌによって埋められてゆく。
【００３５】
このときに生じる遠心力等の関係について、図７を参照しながら説明する。
すなわち、線状の塗布液Ｌのうち質量ｍとなる一部の塗布液を想定し、この塗布液が基板Ｗの中心から角度θの範囲に存在しているものとする。さらに、電動モータ５を駆動することにより生じる遠心力をＦ１と、それに逆らうように塗布液の拡がりを抑える界面力をＦ２とすると、本発明方法による塗布処理を行うためには遠心力Ｆ１＜界面力Ｆ２となるように電動モータ５を駆動することが必要である。この関係が維持された状態であれば、上述したように塗布液が飛散することなく各微小間隔を埋めてゆき、最外周部を残して基板Ｗの表面全体に拡がってゆく。
【００３６】
上記の関係から、塗布液Ｌが位置している基板Ｗの中心からの距離をｒとすると、遠心力Ｆ１＝ｍｒω２＜界面力Ｆ２となるので、
ω＝√（Ｆ１／ｍｒ）  ……  （１）
という関係式が成り立つ。
【００３７】
上述した電動モータ５の極低速回転は、塗布液の種類及びその粘度と、基板Ｗの表面状態などに基づいて、上記の関係式（１）を用いて求めることも可能である。
【００３８】
ステップＳ５
各微小間隔ｄ２が塗布液Ｌによって埋められて、基板Ｗの所要面が塗布液によって覆われた後は、塗布液に含まれている溶媒を揮発させてある程度硬化させる。この硬化は、従来どおりのプリベーク処理に移行する際に、塗布液が流れて不均一とならない程度であればよい。
【００３９】
具体的には、開閉弁１７，２１を閉止するとともに、上述したステップＳ４での回転数よりも少し高い回転数で電動モータ５を駆動する。これにより基板Ｗは溶媒が揮発しやすい雰囲気の中で回転される。したがって、薄く拡げられた塗布液に含まれている溶媒が揮発して、塗布液の流動性が大きく低下する。
【００４０】
上述したステップＳ1 〜Ｓ５を経た後、上部カップ９を待機位置に上昇させるとともに、図示しない搬送手段により基板Ｗをスピンチャック１から受け取り、ベーク炉（図示省略）に搬送してソフトベーク処理を施す。
【００４１】
このように本発明方法によると、微細線状に微小間隔をおいて同心円状に塗布した塗布液を微小な力により均すので、塗布液が周囲に飛散することなく微小間隔が塗布液で埋められて基板Ｗの表面全体が塗布液で覆われる。したがって、ほとんど全ての塗布液を被膜形成に利用することができ、塗布液の利用効率を最大限に高めることができる。その結果、被膜の形成に必要な塗布液の量を極めて少なくすることができる。
【００４２】
なお、上記ステップＳ５における溶媒の揮発は、開閉弁１７、２１を閉止するとともに、開放された開閉弁２３から真空ポンプで処理室１１内を吸引することにより溶媒の揮発を促進するようにしてもよい。
【００４３】
また、溶媒揮発を熱的に行うために、図８に示すような装置構成を採用してもよい。
すなわち、基板Ｗよりもやや大径の載置台３１を備え、この載置台３１にはヒータ３３が付設してある。ヒータ３３は制御部２５で制御されるヒータ制御部３５を介して制御される構成となっている。
【００４４】
このような構成によると、上述したようにして基板Ｗのほぼ表面全体に塗布液を拡げた後、ヒータ制御部３５を介してヒータ３３を加熱することにより直接的に基板Ｗを加熱し、塗布液中の溶媒を揮発させて硬化させることができる。また、この構成では、従来のプリベーク処理までを連続して施すことができるので、さらに効率的に被膜を形成することができる。
【００４５】
また、周囲に飛散する塗布液がほとんど無いことから、回収カップ７の内面で跳ね返って基板Ｗ面に塗布液が付着することによる膜質の品質低下が回避できるとともに、塗布液の回収及び廃液処理が容易となる。さらに、高速回転に伴う乱流に起因する面内溶媒揮発差異に起因する膜厚不均一の問題を解消することができる。
【００４６】
なお、上述したように本発明方法による塗布液塗布方法では塗布液がほとんと飛散しないことから、供給した塗布液の量によって塗布被膜の膜厚が決定されることになる。したがって、所望膜厚に応じた塗布液の供給量を予め計算しておいて供給ノズル１３から供給することが好ましい。
【００４７】
また、被膜の膜厚を調整するには、塗布液の粘度を調整したり、塗布液供給時における微小間隔ｄ２を変えたり、供給ノズル１３の吐出部１３ａの径を変えることで実現できる。例えば、膜厚を薄くするには、塗布液の粘度を低くするか、微小間隔ｄ２を広くするか、吐出部１３ａの穴径を小さくすればよい。
【００４８】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、次のように変形実施が可能である。
【００４９】
（１）処理室１１内を溶媒雰囲気に保つことなく、供給過程を実施するようにしてもよい。
【００５０】
（２）塗布液は、螺旋状に供給する以外に同心円状に供給してもよい。また、各微小間隔は全て同じにする必要はなく、例えば、回転によって間隔が埋もれにくい中心ほど間隔を小さくするようにしてもよい。つまり、塗布液の供給時における供給ノズル１３のスキャン速度を可変したり、電動モータ５の回転速度を可変したりする。さらに、上述した例とは逆に、供給ノズル１３を基板の外周部から中心側へ動かすようにしてもよい。
【００５１】
（３）レベリング過程は、電動モータ５を正逆方向に交互に変わる極低速回転で行ってもよく、また振動手段を配設して微小振動を加えることにより塗布液をならすようにしてもよい。
【００５２】
（４）エッジリンス処理が必要になるものの、基板の最外周部を含めた表面全体にわたって塗布液を塗布するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】基板塗布装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】供給ノズルの動作を示した平面図である。
【図３】塗布処理を示したフローチャートである。
【図４】塗布液の供給過程の説明に供する図である。
【図５】塗布液の供給過程の説明に供する図である。
【図６】塗布液のレベリング過程の説明に供する図である。
【図７】レベリング過程において付与する微小な力の説明に供する図である。
【図８】基板塗布装置の変形例を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
Ｗ  …  基板
１  …  スピンチャック
５  …  電動モータ
７  …  回収カップ
１１  …  処理室
１３  …  供給ノズル
１９  …  貯留タンク
１７，２１，２３  …  開閉弁
２５  …  制御部
【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】
2007307462.tif 000009
【図８】
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