(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して相対的に、塗布液を吐出するノズルを一方向及びこの一方向とほぼ直交する方向に交互に移動させながら、該基板上に塗布液を供給する供給機構と、
前記ノズルの所定の移動速度における、塗布液の吐出流量と基板上に供給された塗布液の線の塗れ幅との第１の関係データを予め記憶しておく第１の記憶部と、
前記所定の移動速度における目標膜厚毎の、前記吐出流量と前記ノズルの一方向とほぼ直交する方向の移動距離であるピッチとの第２の関係データを予め記憶しておく第２の記憶部と、
決定された前記目標膜厚、前記予め記憶された第１の関係データ及び第２の関係データに基づき、前記ピッチの許容範囲を算出する手段と
を具備することを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
請求項１に記載の塗布装置であって、
前記算出されたピッチの許容範囲内で、前記供給機構により前記ノズルを移動させて塗布液を基板上に供給するように制御する制御部をさらに具備することを特徴とする塗布装置。
【請求項３】
請求項１に記載の塗布装置であって、
前記基板上に供給された前記塗布液の線を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段による撮像結果に基づき、前記第１の関係データにおける塗布液の線の塗れ幅を算出する手段と
をさらに具備することを特徴とする塗布装置。
【請求項４】
請求項３に記載の塗布装置であって、
前記塗布液の線の塗れ幅の算出は、前記撮像手段の撮像結果から得られた塗布液の接触角に基づいて行うことを特徴とする塗布装置。
【請求項５】
請求項１に記載の塗布装置であって、
前記ピッチの許容範囲を算出する手段は、前記第１の関係データを示すグラフまたはこのグラフにマージンを持たせた値を前記ピッチの上限値とすることを特徴とする塗布装置。
【請求項６】
請求項５に記載の塗布装置であって、
前記ピッチの上限値の算出は、当該ピッチが前記塗布液の線の塗れ幅より小さいことに基づいて行うことを特徴とする塗布装置。
【請求項７】
請求項５に記載の塗布装置であって、
前記ピッチの許容範囲を算出する手段は、塗布液がピッチで決まる予定の位置よりも前記ノズルの移動する一方向にほぼ直交する方向にはみ出る限界ピッチを幾何学的モデルに基づいて塗り幅の関数として求め、その値に基づいてピッチの下限値を求めることを特徴とする塗布装置。
【請求項８】
請求項１に記載の塗布装置であって、
前記ピッチの許容範囲を表示する手段をさらに具備することを特徴とする塗布装置。
【請求項９】
請求項１に記載の塗布装置であって、
前記第２の関係データは、前記塗布液の粘度毎に前記第２の記憶部に記憶されていることを特徴とする塗布装置。
【請求項１０】
基板に対して相対的に、塗布液を吐出するノズルを一方向及びこの一方向とほぼ直交する方向に交互に移動させながら、該基板上に塗布液を供給する塗布方法であって、
前記ノズルの所定の移動速度における、塗布液の吐出流量と基板上に供給された塗布液の線の塗れ幅との第１の関係データと、前記所定の移動速度における目標膜厚毎の、前記吐出流量と前記ノズルの一方向とほぼ直交する方向の移動距離であるピッチとの第２の関係データと、決定された前記目標膜厚とに基づき、前記ピッチの許容範囲を算出する工程と、
この算出されたピッチの許容範囲内で基板上に塗布液を供給する工程と
を具備することを特徴とする塗布方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の塗布方法であって、
前記基板上に供給された前記塗布液の線を撮像する工程と、
この撮像結果に基づき、前記第１の関係データにおける塗布液の線の塗れ幅を算出する工程と
をさらに具備することを特徴とする塗布方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の塗布方法であって、
前記塗布液の線の塗れ幅を算出する工程は、前記撮像結果から得られた塗布液の接触角に基づいて行うことを特徴とする塗布方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の塗布方法であって、
前記ピッチの許容範囲を算出する工程は、前記第１の関係データを示すグラフまたはこのグラフにマージンを持たせた値を前記ピッチの上限値とする工程を含むことを特徴とする塗布方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の塗布方法であって、
前記ピッチの上限値の算出は、当該ピッチが前記塗布液の線の塗れ幅より小さいことに基づいて行うことを特徴とする塗布方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の塗布方法であって、
前記ピッチの許容範囲を算出する工程は、
塗布液がピッチで決まる予定の位置よりも前記ノズルの移動する一方向にほぼ直交する方向にはみ出る限界ピッチを幾何学的モデルに基づいて塗り幅の関数として求める工程と、
その値に基づいてピッチの下限値を求める工程と
を含むことを特徴とする塗布方法。
【請求項１６】
請求項１０に記載の塗布方法であって、
前記第２の関係データは、前記塗布液の粘度毎に用意されていることを特徴とする塗布方法。
【請求項１７】
請求項１０に記載の塗布方法であって、
前記ピッチの許容範囲を算出する工程の前に、
前記基板と同じ表面状態の試し塗り用の基板に対して、前記ノズルを移動させながら塗布液を供給して塗布液の線を形成する工程と
前記試し塗り用の基板に供給されるときの前記第１の関係データと前記第２の関係データとをそれぞれ記憶する工程と、
前記ピッチの許容範囲内で塗布液を製品基板に供給する工程と
を具備することを特徴とする塗布方法。
【請求項１８】
基板保持部に水平に保持された基板にノズルを対向させ、このノズルから塗布液を吐出させながらノズルをＸ方向に移動させ、その後基板保持部に対してノズルをＹ方向に相対的に移動させ、この動作を繰り返すことにより塗布液を基板に塗布し、塗布膜を形成するための装置であって、
前記基板と同じ表面状態の試し塗り用の基板に対して前記ノズルと同じノズルによりスキャンしながら塗布液を供給して塗布液の線を形成させるための実行手段と、
前記塗布液の線を撮像する撮像手段と、
この撮像手段による撮像結果に基づいて、実際の塗布を行うときのスキャン速度におけるノズルの吐出流量と、ノズルに対する基板のＹ方向の相対的間欠的移動距離であるピッチの許容範囲と、の関係データを求める演算手段と、
実際の塗布を行うときのスキャン速度において目標膜厚により決まるノズルの吐出流量と前記ピッチとの関係データを記憶した記憶部と、
この記憶部に記憶された関係データのうち目標膜厚に対応する前記吐出流量と前記ピッチとの関係データと、演算手段で求めた関係データとに基づいて、前記ピッチの許容範囲を決める手段と
を備えたことを特徴とする塗布装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の塗布装置であって、
演算手段は、撮像結果から得られた塗布液の接触角に基づいて前記関係データを求めることを特徴とする塗布装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の塗布装置であって、
演算手段は、前記接触角に基づいてノズルの吐出流量と塗布液の線の塗り幅との関係を示すグラフを求めこのグラフまたはこのグラフにマージンを持たせた値をピッチの上限とすることを特徴とする塗布装置。
【請求項２１】
請求項１８に記載の塗布装置であって、
演算手段は、実際に塗布を行うときに塗布液がピッチで決まる予定の位置よりも前記Ｙ方向にはみ出る限界ピッチを幾何学的モデルに基づいて塗り幅の関数として求め、その値に基づいてピッチの下限値を求めることを特徴とする塗布装置。
【請求項２２】
請求項１８に記載の塗布装置であって、
ピッチの許容範囲を決める手段は、ピッチの許容範囲を表示する手段を含むことを特徴とする塗布装置。
【請求項２３】
請求項１８に記載の塗布装置であって、
前記実行手段は、前記基板保持部に試し塗り用の基板を保持させた状態で、実際に塗布を行うときに用いるノズルを用いて試し塗りを行うように組まれたプログラムとそのプログラムを実行する手段とを含むことを特徴とする塗布装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の塗布装置であって、
撮像手段は、基板保持部に対して相対的にＹ方向に移動するように設けられると共に、実際の塗布時にノズルから吐出された塗布液を撮像し、
この撮像手段による撮像結果に基づいてノズルの吐出状態を判断する判断手段を設けたことを特徴とする塗布装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の塗布装置であって、
判断手段によりノズルの吐出状態に不具合があると判断されたときには塗布を中止することを特徴とする塗布装置。
【請求項２６】
請求項２４に記載の塗布装置であって、
判断手段は、撮像結果から得られた塗布液の線の断面積に基づいてノズルの吐出状態を判断することを特徴とする塗布装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、例えば半導体ウェハやＬＣＤ基板（液晶ディスプレイ用ガラス基板）などの被処理基板に例えばレジスト液あるいは絶縁膜や保護膜の材料などの塗布液を塗布して塗布膜を形成する塗布装置及び塗布方法に関する。
背景技術
半導体デバイスやＬＣＤの製造プロセスにおいてレジストパターンを形成するためには、レジスト液の塗布、露光、現像工程が行われる。このうちレジスト液の塗布工程は、従来いわゆるスピンコーティング法によりレジスト液の塗布が行われている。この方法は基板の側方を全周に亘って囲うカップ内に回転自在なスピンチャックを設け、このスピンチャックでウェハを水平に吸着保持し、ウェハ中央部上方のノズルからレジスト液をウェハＷに供給すると共にウェハＷを回転させることにより、ウェハの遠心力によりレジスト液が拡散してウェハ全体に液膜を形成する方法である。
しかし上述の方法ではウェハを高速回転させているため、内周部に比して外周部の周速度が大きくなり、特にウェハを大型化した際に外周部で空気の乱流が発生するという問題がある。この乱流は膜厚を変動させるのでウェハ全体の膜厚が不均一となり、パターンの微細化を阻害する要因となる。更にこの方法はレジスト液をウェハの中央部から周縁方向へと吹き飛ばすようにして拡散させているので、当該周縁部からカップ側へと飛散して無駄になるレジスト液の量が多くなってしまうという問題も生じていた。
このような事情から、スピンコーティング法に依らない手法が検討されている。この手法は、図２９に示すように、ウェハＷの上方に設けたノズルＮの細径の吐出孔からレジスト液ＲＥを供給しながらＸ方向に往復させると共にウェハＷをＹ方向に間欠送りし、いわゆる一筆書きの要領でウェハＷにレジスト液を供給するものである。なおこの場合ウェハＷの周縁や裏面にレジスト液が付着するのを防止するためにウェハＷの回路形成領域以外の部分をマスクで覆うことが好ましい。この手法ではウェハＷを回転させないので上述したような不都合は解消され、無駄のない塗布が行える。
ところでこのようなスキャン塗布方法においては、必要な膜厚を得るためには、レジスト液ＲＥの吐出量、吐出圧、塗布液ノズルＮのスキャン速度（図２９でいうＸ方向の移動速度）、塗布液ノズルＮの移動ピッチｄｐ（図２９でいうＹ方向のノズルの移動距離）等の条件出しが必要になってくる。ここでレジスト液ＲＥは、固形分であるレジストを溶剤に溶解させたものであるが、固形分の濃度及びレジスト膜の目標膜厚が分かると、ウェハＷの面積は決まっていることから、ウェハＷ上における固形分であるレジストの体積が決まり、ウェハＷ上に盛るべき塗布液の全体量が決まってくる。この結果ノズルＮのスキャン速度が決まると、塗布液ノズルＮの移動ピッチｄｐと吐出流量の関係が決まってくる。つまり吐出流量を多くするならば、移動ピッチｄｐも大きくする必要があり、逆に吐出流量を小さくするならば、移動ピッチｄｐも小さくする必要があり、このことは直感的に理解されるところである。
しかしながら移動ピッチｄｐをあまり小さくすると、後述の図６に示すように塗布液の線をピッチｄｐで決まる予定の位置よりも前方に液がはみ出すという先走り現象が生じる。この現象は特に厚膜にするときに起こりやすい。また逆に移動ピッチｄｐをあまり大きくすると、後述の図３に示すように線と線とが重ならない現象が生じる。この現象は特に薄膜にするときに起こりやすい。いずれの場合においても膜厚が不均一になり、このため適切な移動ピッチｄｐで塗布を行わなければならないが、ある目標膜厚においては適切な移動ピッチｄｐであっても、目標膜厚が変わればその値が適切であるとは限らず、また塗布される基板の下地膜の材質によっても左右される。こうしたことから試行錯誤で条件出しを行っており、作業が繁雑で時間がかかり、装置の速やかな立上げを阻むという課題があった。
一方、ウェハを回転させながら、ノズルをウェハの径方向に移動させて螺旋状に塗布する場合についても、ウェハ表面に盛られる塗布液の体積は目標とする膜厚に応じて決まる。従って、例えばノズルからの吐出流量を一定とすると吐出を開始してから終了するまでの吐出時間つまり塗布ノズルの径方向へのスキャン時間が決定する。そして塗布ノズルに対するウェハ表面の最適な周速度が得られるように塗布ノズルのスキャン速度（径方向の移動速度）及びウェハの回転数の夫々を決定する必要があるが、回転時におけるウェハの周速度は外縁側ほど速くなるため、仮にウェハの回転数及び塗布ノズルのスキャン速度を一定とすると、周速度の速い外縁側の部位ほど塗布液の線幅が細くなり、隣り合う線同士の間に隙間が生じてしまったり、更に高速となると塗布液が意図した線状に塗布されず横に広がってしまうこともあり、結果的に面内膜厚が不均一となってしまう。
このため螺旋状の塗布を行う場合には、例えば塗布ノズルのスキャン速度をウェハの外縁側に向かうにつれて大きくして隣り合う線同士の間隔が均等となるように調整して、面内膜厚の均一化を図る必要がある。
しかしながら塗布処理の条件は多岐にわたり、上述したような塗布ノズルのスキャン速度とウェハの回転数との組み合わせ以外にも被塗布面の状態つまりウェハ表面に形成されている膜の種類に応じた表面張力、塗布液の種類（粘度）及び塗布液の供給速度等によっても塗布状態が異なってしまうため、その調整は困難であるという問題がある。
発明の開示
本発明は以上のような事情の下になされたものであり、その目的は一筆書きの要領で塗布液を基板に塗布するにあたり、塗布処理のパラメータの設定（条件出し）の作業が容易に行え、作業者の労力を低減できる技術を提供することにある。また、特に、基板上に螺旋状に塗布液を塗布する場合に均一な膜厚で塗布膜を形成することができる技術を提供することにある。
本発明の主たる観点に係る塗布装置は、基板に対して相対的に、塗布液を吐出するノズルを一方向及びこの一方向とほぼ直交する方向に交互に移動させながら、該基板上に塗布液を供給する供給機構と、前記ノズルの所定の移動速度における、塗布液の吐出流量と基板上に供給された塗布液の線の塗れ幅との第１の関係データを予め記憶しておく第１の記憶部と、前記所定の移動速度における目標膜厚毎の、前記吐出流量と前記ノズルの一方向とほぼ直交する方向の移動距離であるピッチとの第２の関係データを予め記憶しておく第２の記憶部と、決定された前記目標膜厚、前記予め記憶された第１の関係データ及び第２の関係データに基づき、前記ピッチの許容範囲を算出する手段とを具備する。
本発明では、第１の記憶部に、ノズルの所定の移動速度における、塗布液の吐出流量と基板上に供給された塗布液の線の塗れ幅との関係データを予め記憶しておく。また、第２の記憶部に、そのノズルの所定の移動速度における目標膜厚毎に、前記吐出流量と前記ノズルの一方向とほぼ直交する方向の移動距離であるピッチとの関係データを予め記憶しておく。そしてこれら記憶された２つの関係データに基づき当該ノズルのピッチの許容範囲を算出している。本発明では、例えばこの算出されたピッチの許容範囲内でノズルを移動させて塗布液を供給するのみで、所望の膜厚を有しかつ均一な膜厚を有する塗布膜を形成することができる。従って、塗布処理時の条件の設定が容易になり迅速に塗布処理を行うことができる。
ここで、ノズルの移動速度について「所定の」と記載したが、これはある１つの定まった値を意味するものではなく、異なる移動速度毎にもこれら関係データを記憶することができることを意味している。
本発明の一の形態は、前記基板上に供給された前記塗布液の線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段による撮像結果に基づき、前記第１の関係データにおける塗布液の線の塗れ幅を算出する手段とをさらに具備する。塗れ幅は、例えば撮像手段の撮像結果から得られた塗布液の接触角に基づいて行うことができる。このような接触角は、例えば基板上に供給された塗布液がほぼ円柱形状の一部の形状とみなせることにより、幾何学的に算出できる。本発明では撮像手段により塗布液を撮像して接触角を得るのみで塗れ幅の算出しているので、塗布処理時の条件設定の容易化、迅速化に寄与する。
また、本発明は、実際に製品用基板に塗布している塗布液を撮像手段により撮像し、この撮像結果をリアルタイムで塗れ幅の線の算出を行うことも含む概念である。この場合例えば、最初の１本目の線の塗れ幅を算出することで、ピッチの許容範囲の算出が可能となる。
本発明の一の形態は、前記ピッチの許容範囲を算出する手段は、前記第１の関係データを示すグラフまたはこのグラフにマージンを持たせた値を前記ピッチの上限値とする。例えばノズルの移動速度、塗布液の粘度及び目標膜厚が定まっていれば、基板１枚当りの塗布液の量が定まり、ピッチが定まる。そして、本発明に係るピッチの上限値は、例えばピッチが塗れ幅よりも小さいことを条件とすることで容易に定められる。このようにピッチが塗れ幅よりも小さいことを条件とする理由は、このような条件下で塗布液の線同士が重なり合うからであり、線同士が重なり合わない塗布は失敗であり想定していないからである。
本発明の一の形態は、前記ピッチの許容範囲を算出する手段は、塗布液がピッチで決まる予定の位置よりも前方側にはみ出る限界ピッチを幾何学的モデルに基づいて塗り幅の関数として求め、その値に基づいてピッチの下限値を求める。これは、そのように前方側にはみ出ると膜厚が不均一となることはもちろん、塗布液の幾何学的形状に基づく本発明のピッチの許容範囲の算出が困難となるからである。
本発明の一の形態は、前記ピッチの許容範囲を表示する手段をさらに具備する。これにより、例えば作業者が容易にその許容範囲を把握でき、ピッチ等の条件設定が容易となる。
本発明の一の形態は、前記第２の関係データは、前記塗布液の粘度毎に前記第２の記憶部に記憶されている。この塗布液の粘度（例えばレジストであれば、その固形分量の割合に依る。）は、上記したように、ピッチを定めるときのパラメータとなる。従って、第２の関係データを塗布液の粘度毎に記憶しておけば、粘度が異なる塗布液を塗布する場合でも、ピッチの許容範囲を設定するのみで足りるので条件設定が容易となる。
本発明の主たる観点に係る塗布方法は、基板に対して相対的に、塗布液を吐出するノズルを一方向及びこの一方向とほぼ直交する方向に交互に移動させながら、該基板上に塗布液を供給する塗布方法であって、前記ノズルの所定の移動速度における、塗布液の吐出流量と基板上に供給された塗布液の線の塗れ幅との第１の関係データと、前記所定の移動速度における目標膜厚毎の、前記吐出流量と前記ノズルの一方向とほぼ直交する方向の移動距離であるピッチとの第２の関係データと、決定された前記目標膜厚とに基づき、前記ピッチの許容範囲を算出する工程と、この算出されたピッチの許容範囲内で基板上に塗布液を供給する工程とを具備する。
本発明では、予め記憶された２つの関係データである第１の関係データと第２の関係データとに基づき当該ノズルのピッチの許容範囲を算出している。本発明では、例えばこの算出されたピッチの許容範囲内でノズルを移動させて塗布液を供給するのみで、所望の膜厚を有しかつ均一な膜厚を有する塗布膜を形成することができる。従って、塗布処理時の条件の設定が容易になり迅速に塗布処理を行うことができる。
ここで、ノズルの移動速度について「所定の」と記載したが、これはある１つの定まった値を意味するものではなく、異なる移動速度毎にもこれら関係データを記憶することができることを意味している。また、本発明は、実際に製品用基板に塗布している塗布液の塗れ幅の線の算出をリアルタイムで行うことも含む概念である。この場合例えば、最初の１本目の線の塗れ幅を算出することで、ピッチの許容範囲の算出が可能となる。
本発明の一の形態は、前記ピッチの許容範囲を算出する工程の前に、前記基板と同じ表面状態の試し塗り用の基板に対して、前記ノズルを移動させながら塗布液を供給して塗布液の線を形成する工程と、前記試し塗り用の基板に供給されるときの前記第１の関係データと前記第２の関係データとをそれぞれ記憶する工程と、前記ピッチの許容範囲内で塗布液を製品基板に供給する工程とを具備する。本発明では、製品基板と同じ表面状態の試し塗り用の基板を用い、この試し塗り用の基板に塗布液を供給して第１の関係データと第２の関係データとを予め得ている。従って、塗布処理時の条件の設定作業がさらに容易になり、速やかに塗布処理を開始できる。
本発明の別の観点に係る塗布装置は、基板保持部に水平に保持された基板にノズルを対向させ、このノズルから塗布液を吐出させながらノズルをＸ方向に移動させ、その後基板保持部に対してノズルをＹ方向に相対的に移動させ、この動作を繰り返すことにより塗布液を基板に塗布し、塗布膜を形成するための装置において、前記基板と同じ表面状態の試し塗り用の基板に対して前記ノズルと同じノズルによりスキャンしながら塗布液を供給して塗布液の線を形成させるための実行手段と、前記塗布液の線を撮像する撮像手段と、この撮像手段による撮像結果に基づいて、実際の塗布を行うときのスキャン速度におけるノズルの吐出流量と、ノズルに対する基板のＹ方向の相対的間欠的移動距離であるピッチの許容範囲と、の関係データを求める演算手段と、実際の塗布を行うときのスキャン速度において目標膜厚により決まるノズルの吐出流量と前記ピッチとの関係データを記憶した記憶部と、この記憶部に記憶された関係データのうち目標膜厚に対応する前記吐出流量と前記ピッチとの関係データと、演算手段で求めた関係データと、に基づいて、前記ピッチの許容範囲を決める手段と、を備えたことを特徴とする。
この発明において演算手段は、例えば撮像結果から得られた塗布液の接触角に基づいて前記関係データを求めることができる。この場合演算手段は、前記接触角に基づいて塗布液ノズルの吐出流量と塗布液の線の塗り幅との関係を示すグラフを求めこのグラフまたはこのグラフにマージンを持たせた値をピッチの上限とすることができる。また演算手段は、実際に塗布を行うときに塗布液がピッチで決まる予定の位置よりも前方側にはみ出る限界ピッチを幾何学的モデルに基づいて塗り幅の関数として求め、その値に基づいてピッチの下限値を求めることができる。ピッチの許容範囲を決める手段は、例えばピッチの許容範囲を表示する手段を含む。この発明は、例えば前記基板保持部に試し塗り用の基板を保持させた状態で、塗布液を基板の全面に塗布するときに用いる塗布液ノズルを用いて試し塗りが行われる。本発明の塗布装置によれば、スキャン速度が決まっていれば目標膜厚に応じた適切なピッチｄｐが把握できるので、条件出しの作業が容易になるという効果がある。
以上において本発明は、前記撮像手段を用いて実際の塗布時にノズルから吐出する塗布液を撮像し、この撮像手段による撮像結果に基づいて塗布液ノズルの吐出状態を判断するようにしてもよい。
更に本発明は塗布方法としても成り立つものであり、その方法は、塗布膜を形成すべき基板と同じ表面状態の試し塗り用の基板に対して実際に用いられるノズルと同じノズルによりスキャンしながら塗布液を供給して塗布液の線を形成させる工程と、前記塗布液の線を撮像する工程と、この工程による撮像結果に基づいて、実際の塗布を行うときのスキャン速度におけるノズルの吐出流量と、ノズルに対する基板のＹ方向の相対的間欠的移動距離であるピッチの許容範囲と、の関係データを求める工程と、この工程で求めた関係データと、実際の塗布を行うときのスキャン速度において目標膜厚により決まるノズルの吐出流量と前記ピッチとの関係データと、に基づいて、前記ピッチを決める工程と、を含むことを特徴とする。
本発明のさらに別の観点に係る塗布装置は、回転する基板上で、塗布液を吐出するノズルを該基板の径方向に相対的に移動させながら、塗布液を基板の表面に螺旋状に供給する手段と、前記塗布液の目標膜厚毎に、基板に供給された塗布液の線幅と、前記ノズルの基板上での位置及びノズルの移動速度の関係を規定した移動パターンと、前記ノズルの基板上での位置及び基板の回転数の関係を規定した回転パターンとを対応づけて予め記憶しておく記憶部と、前記記憶部に記憶された前記塗布液の線幅、移動パターン及び回転パターンに基づき、前記ノズルの移動及び前記基板の回転を制御して基板に塗布液を供給するように制御する制御部とを具備する。
本発明では、目標膜厚毎に、塗布液の線幅と移動パターンと回転パターンとを対応づけて予め記憶しておき、これに基づき前記ノズルの移動及び前記基板の回転を制御して基板に塗布液を供給するようにしている。これにより、目標膜厚を設定し塗布液の線幅を測定することにより、使用される塗布液の種類及びウェハの種類がどのようなものであっても、ノズルの移動条件と基板の回転条件に関する最適な塗布条件が分かるので、初期設定の手間を軽減することができる。
ここで本発明は、実際に製品用基板に塗布している塗布液の線幅の測定をリアルタイムで行うことも含む概念である。この場合例えば、塗布開始直後の線幅を測定した後、測定された線幅に対応する、予め記憶された移動パターンと回転パターンの組み合わせを選出する。そしてこれに基づき制御部がノズルの移動及び基板の回転を制御して基板に塗布液を供給する。また、本発明は試し塗り用の基板に塗布液を供給してその線幅を測定するようにしてももちろんかまわない。また、線幅の測定手段としては、塗布液の線を撮像する撮像手段及び撮像した画像を処理して線幅を求める手段を含むものである。
本発明のさらに別の観点に係る塗布方法は、回転する基板上で、塗布液を吐出するノズルを該基板の径方向に相対的に移動させながら、塗布液を基板の表面に螺旋状に供給する塗布方法であって、前記塗布液の目標膜厚毎に、基板に供給された塗布液の線幅と、前記ノズルの基板上での位置及びノズルの移動速度の関係を規定した移動パターンと、前記ノズルの基板上での位置及び基板の回転数の関係を規定した回転パターンとを対応づけて記憶された情報から、所定の線幅に対応する前記移動パターンと前記回転パターンとの組み合わせ情報を読み出す工程と、この読み出した組み合わせ情報に基づき、前記ノズルの移動及び前記基板の回転を制御して基板に塗布液を供給するように制御する工程とを具備する。
本発明は、目標膜厚毎に、塗布液の線幅と移動パターンと回転パターンとを対応づけて予め記憶しておき、これに基づき前記ノズルの移動及び前記基板の回転を制御して基板に塗布液を供給するようにしている。これにより、目標膜厚を設定し塗布液の線幅を測定することにより、使用される塗布液の種類及びウェハの種類がどのようなものであってもノズルの移動条件と基板の回転条件に関する最適な塗布条件最適な塗布条件が分かるので、初期設定の手間を軽減することができる。
本発明に係る他の塗布装置は、基板保持部に水平に保持した製品用基板を鉛直軸周りに回転させると共に、ノズルを製品用基板の径方向に相対的に移動させながら塗布液の吐出を行い、塗布液を前記製品用基板の表面に螺旋状に塗布する塗布装置において、製品用基板と同一の表面を有する試し塗り用基板に対し塗布液の試し塗りを行うための試し塗り手段と、この試し塗り手段にて塗布された前記試し塗り用基板上の塗布液の線幅を測定するための線幅測定手段と、試し塗り用基板に塗布された塗布液の線幅と、製品用基板に対して塗布するときのノズルの位置及びノズルの移動速度の関係を規定した移動パターンと、ノズルの位置及び基板の回転数の関係を規定した回転パターンと、を対応づけて記憶する記憶部と、前記線幅測定手段にて測定された塗布液の線幅に基づいて、前記記憶部から前記移動パターンと回転パターンとを読み出し、読み出したデータに基づいて、ノズル及び基板保持部を制御して製品用基板に対して塗布膜を形成する制御部と、を備えたことを特徴とする。
線幅測定手段は、例えば塗布液の線を撮像する撮像手段及び撮像した画像を処理して線幅を求める手段を含む。また試し塗り手段は、製品用基板を保持する基板保持部とは別個の基板保持部と、製品用基板に塗布液を供給するノズルとは別個のノズルとを備えた構成としてもよいし、製品用基板に対して塗布を行うときに用いる基板保持部及びノズルを兼用するようにしてもよい。本発明によれば、使用される塗布液の種類及びウェハの種類がどのようなものであっても、試し塗りをするたけで最適な塗布条件が分かるので、初期設定の手間を軽減することができる。
発明を実施するための最良の形態
［第１の実施の形態］
以下に本発明の塗布膜形成方法を、レジスト膜形成方法に適用した実施の形態について説明する。本発明の塗布膜形成方法の実施の形態は、ウェハＷ上に対して塗布液ノズルによりレジスト液を一筆書きの要領で塗布するにあたって、ノズルの移動ピッチｄｐの適切な値を求めることである。より具体的に述べると、レジスト液は、固形分であるレジストを溶剤に溶解させたものであるが、固形分の濃度が分かっていてかつノズルのスキャン速度が分かっている場合、後述のように目標膜厚を決めると、ノズルの吐出流量ｑとノズルの移動ピッチｄｐとの関係が決まってくる。従ってこの点だけからいえば、ノズルの移動ピッチｄｐを自由に決めることができるが、そのピッチｄｐの値によっては液の先走りあるいは線と線とが重ならない現象が起こる。
そこでこの実施の形態では、図１に示すように塗布処理を行おうとする基板例えばウェハの表面状態と同じ基板（この例ではウェハＷ）上に塗布液ノズル２から予め塗布を行って１本塗布液の線Ｌを引き、この線を例えばＣＣＤカメラである撮像手段４により撮像してその撮像結果に基づいて接触角を求め、その値に基づいてノズル２の吐出流量とノズル２の移動ピッチｄｐの許容範囲との関係を求め、この関係と、目標膜厚に応じて決まるノズルの吐出流量とノズルの移動ピッチとの関係と、に基づいて移動ピッチｄｐの適切な範囲を設定するようにする。
次に本発明の第１の実施形態に係る塗布膜厚形成方法の詳細について説明する。先ず基板上に形成するレジスト膜の目標膜厚を決める。一例としてウェハＷのサイズが２００ｍｍ（いわゆる８インチサイズ）、目標膜厚０．５μｍ、レジスト液の固形分量の濃度が５．０％、スキャン速度が１ｍ／ｓであるとする。
すると、目標膜厚は（１）式で表される。
（平均膜厚０．５×１０−４）＝（塗布したレジスト液量Ｑ）×（固形分量）／（移動ピッチ）／（ウェハＷの面積）＝Ｑ×５．０／１００／ｄｐ／（π×１０２）＝１．５９×Ｑ／ｄｐ…（１）
（１）式を書きなおすと、（２）式と表される。
ｄｐ＝３．１８×１０４×Ｑ…（２）
移動ピッチとレジスト液量は比例関係にある。これをグラフにすると図２のようになる。本実施形態では、基板１枚当りの総レジスト液量Ｑは、目標膜厚ごとに決まっているのでこのような比例関係になる。このレジスト液量Ｑは移動ピッチｄｐと吐出流量とスキャン速度、ウェハサイズによって決定される。ｄｐをある値に決定するとウェハＷは直線にｎ等分に分割され、この長さは幾何学的に求めることができる。この総延長をＧとするとレジスト液量Ｑは（２Ａ）式で表される。
（レジスト液量Ｑ）＝（総延長Ｇ）×（吐出流量ｑ）／（スキャン速度）…（２Ａ）
ここで吐出流量とは、単位時間あたりのノズルから吐出されるレジストの量である（後に（ｃｍ３／分）の単位で説明している）。
次いで、ピッチｄｐの値に制限があることの理由について述べる。図３は、ウェハＷに塗布された塗布液の線Ｌの塗れ幅（線幅）ｄｗとピッチｄｐとの関係を示す説明図であり、この図３から分かるようにピッチｄｐが広すぎると液（線）と液（線）とが重ならなくなり、重なるための条件は、
ピッチｄｐ＜塗れ幅ｄｗ…（３）
であることが必要である。
そこでこの実施の形態では、ウェハＷに対して実際に塗布処理する前に、このウェハＷと表面状態が同じウェハＷを用い、塗布処理時と同じノズル２で同じスキャン速度で例えば１本だけ塗布液の線を描き、この線を例えばＣＣＤカメラからなる撮像手段４により撮像して接触角を求める。そしてこの接触角を求めることにより次のようにして実際に使用する塗布系（ノズル２、塗布液、スキャン速度、基板の表面状態などを含む系）においてノズル２の吐出流量と塗れ幅ｄｗとの関係を求める。なお接触角とは、レジスト液がウェハに接する場所においてレジスト液の液面とウェハのなす角である。
図４は、ウェハＷ上に塗布液の線を形成したときにその線が円柱の一部と仮定して考察している図である。図４中において、ｄｗは塗布液の線Ｌの塗れ幅（ｍｍ）、１は塗布液の線Ｌの長さ（ｍｍ）、ｒは円柱の半径（ｍｍ）、θは接触角（度）である。線Ｌの断面積Ｓ（ｍｍ２）及び体積Ｖは夫々（４）式及び（５）式で表される。
Ｓ＝θｒ２−（１／２）ｒ２  ｓｉｎ２θ  …（４）
Ｖ＝｛θｒ２−（１／２）ｒ２  ｓｉｎ２θ｝・１  …（５）
また塗れ幅ｄｗと円柱の半径ｒとの関係は（６）式で表され、更にノズル２のスキャン速度をｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）、吐出流量をｑ（ｃｍ３／分）とすると、（７）式が成り立つ。
ｄｗ＝２ｒｓｉｎθ  …（６）
Ｖ＝（ｑ１）／６０ｖ  …（７）
（５）、（６）及び（７）式から塗れ幅ｄｗと吐出流量ｑとの関係を求めると、（８）式が成り立つ。
ｄｗ＝θ｛ｑ／Ｋ｝１／２  …（８）
ただしＫ＝１５ｖ［θ−（１／２）ｓｉｎ２θ］である。
この関係の一例を図５のグラフ（８）として示す。なおグラフの番号と式の番号とを対応させている。従って実際に塗布を行うときのピッチｄｐは上記の式（３）から、図５のグラフ（８）よりも下側の領域であることが必要である。つまりこのグラフ（８）で規定される塗れ幅ｄｗは、ピッチｄｐの上限である。
更にピッチｄｐの下限について説明する。図６は、塗布液ノズル２を順次スキャンしたときに、ピッチｄｐにより決められる位置よりも前方側に液が流れ出る先走り現象が起こっている状態を誇張して示す説明図である。この先走り現象はピッチｄｐが小さすぎると起こるので、図７を参照しながらピッチｄｐの限界（下限値）について幾何学的に考察する。図７において斜線が引かれているＬ１で示す部分は先に塗った塗布液の線であり、前記斜線と逆向きの斜線が引かれているＬ２で示す部分はＬ１の隣に塗った塗布液の線である。１本目の線の塗れ幅をｄ１、２本目の線を引いたことにより１本目と２本目とで形成される塗布液の線の塗れ幅をｄ２とすると、ｄ１＝ｄｗ、ｄ２＝ｄｗ＋ｄｐとなる。
図７において一点鎖線で示す円は、塗布液の線Ｌ１の外形形状である円弧を含む円であり、ｍ１及びｍ２は夫々線Ｌ１の後縁及び線Ｌ２の前縁である。また点線で示す円は、ｍ１，ｍ２において一点鎖線の円の接線に直交する線を引き、それらの線の交点を中心Ｏとする円である。図７の意図するところは、１本目の線（円柱の一部）Ｌ１と２本目の線（円柱の一部）Ｌ２とのオーバラップ部分（斜線が重なっている部分）に対応する液は、点線の円と斜線の部分の外縁とで囲まれる白抜き領域を埋めようとするという考え方である。従ってオーバラップ部分の面積が、前記白抜き領域よりも大きいと、２本重ねて線を引いたときにＬ２に相当する円弧の前に出てしまい、設定したピッチｄｐで決まる線よりも液が前に出る先走り現象となる。従って１本の塗布液の線からできる断面積をＳ１、点線の円弧とウェハＷ表面とで囲まれる断面積をＳ２とすると、液の先走りが起こらないための条件は、Ｓ２＞２Ｓ１であり、これを条件として計算すると、次の（９）式が成り立つ。
ｄｐ＞（２１／２−１）ｄｗ  …（９）
即ちピッチｄｐの下限値は（２１／２−１）ｄｗであり、これを図５に示すとグラフ（９）のように表される。従って実際に塗布する場合に目標膜厚が決まると、それに応じてノズル２の吐出流量ｑとノズル２のピッチｄｐの関係が決まり、この関係を示すグラフのうち、上記の（８）、（９）で表されるグラフの間の部分で設定すれば、塗布液の線と線とが重なりかつ液の先走りも起こらない。
図５において点線で示すグラフｆ１、ｆ２（一例として２本示してある）は、ある膜厚における吐出流量ｑとピッチｄｐとの関係を示すグラフであり、実際に塗布するときのピッチｄｐ及び吐出流量ｑは、このグラフにおける（８）、（９）のグラフの間の値を選択すればよいことになる。ｆ２がある目標膜厚に対応するグラフであるとすると、ｆ１はその膜厚の２倍の目標膜厚に相当するグラフである。なお実際の装置においてピッチｄｐが許容される領域は、マージンをとってグラフ（８）よりも少し下側の値と、グラフ（９）よりも少し上側の値との間を設定するようにしてもよい。
そしてこの領域は、塗布液の種類及びウェハＷの表面状態により決まる接触角により左右される。図８は接触角が７度のとき、１５度のときにおける上記のグラフ（８）を示しており、接触角が小さいほど表面張力が小さいので、塗れ幅ｄｗが大きいことが分かる。また接触角が１５度の場合に吐出流量ｑと塗れ幅ｄｗとの値を種々変えて塗布液の線の重なり具合を評価したところ、グラフの下側であれば線が重なっていた。なお吐出流量ｑが４ｃｍ３／分よりも大きい領域では、グラフ（８）を多少越えていても線が重なっていた。この実施の形態では、塗布液の接触角を把握することが必要であるが、接触角は、塗布液の線の撮像結果により直接求めるようにしてもよいし、あるいは線の断面積及び塗れ幅ｄｗから求めるようにしてもよい。
上述の実施の形態の塗布方法によれば、予めウェハＷ上に試し塗りをして塗布液の線を引き、この線を撮像して接触角を求めて吐出流量毎のピッチｄｐの上限と下限を求めるようにしているので、目標膜厚に応じた吐出流量ｑとピッチｄｐとの関係をその許容範囲に適合させることにより、ピッチｄｐの値を決定でき、従って塗布処理のパラメータの設定作業（条件出し）の作業が軽減される。
続いてこのような塗布方法を実施するための塗布装置の実施の形態について述べる。図９及び図１０は夫々塗布装置の断面図及び平面図であり、この塗布装置は、前面にウェハの搬出入口をなす開口部１１ａ（図１０参照）が形成されたケース体１１と、このケース体１１の中に設けられ、Ｙ方向に間欠的に移動可能な例えばバキュームチャック機能を有するウェハ保持部１２とを備えている。ウェハ保持部１２は昇降機構１３により昇降軸１４を介して昇降できるようになっている。この昇降機構１３は、モータＭ１により駆動されるボールネジ部１５により、ガイド部１６にガイドされながらＹ方向に移動できる移動台１７の上に配置されている。モータＭ１、ボールネジ部１５及びガイド部１６はＹ方向駆動機構をなすものである。またウェハ保持部１２には図示していないが例えば超音波振動子を含む振動発生手段を設けることが好ましく、レジスト液をウェハＷに塗布した後、ウェハＷに振動を与えることにより塗布膜の一層の均一化が図れる。
ケース体１１の天板１８にはＸ方向に伸びるスリット１９が形成され（図１０に一部を示してある）、このスリット１９内には、上部が天板１８の上に突出すると共に下部の吐出孔が天板１８の下方側に位置しかつウェハＷと対向するように塗布液ノズル２が設けられている。この塗布液ノズル２は給液管２１に接続されており、この給液管２１は例えば流量調整部２２、バルブ２３、ポンプ２４を介してレジスト液供給源２５に接続されている。ポンプ２４としては例えばベローズポンプやダイアフラムポンプなどを用いることができる。
天板１８の上方にはＸ方向に沿って伸びるガイド部３１が支持部３２を介して架設されており、塗布液ノズル２は移動体３３を介してこのガイド部３１に沿って移動できるように取り付けられている。前記移動体３３はＸ方向に伸びるボールネジ部３４と螺合しており、モータＭ２によりボールネジ部３４を回動させることにより、この移動体３３を介して塗布液ノズル２がＹ方向に移動できることになる。モータＭ２、ガイド部３１及びボールネジ部３４はＸ方向駆動機構をなすものである。なおウェハＷの移動領域をケース体１１により囲み、ウェハＷの置かれる空間をできるだけ狭い閉じた空間とすることにより、ウェハＷにレジスト液を塗布しているときに溶剤蒸気が充満するので、塗布されたレジスト液からの溶剤の揮発を抑えることができる。
前記塗布液ノズル２をレジスト液を吐出しながらＸ方向に移動させるとウェハＷの周縁にレジスト液が付着し、また裏面にも回り込んでしまうため、これを防止するために例えばウェハＷの周縁部全体を覆うと共に塗布膜形成領域である回路形成領域に対応する箇所が開口しているマスク３５がウェハＷ上に設けられる。このマスク３５は、ウェハＷをＹ方向に移動させる移動台１７に取り付けられ、例えばウェハＷの両側の外方からウェハＷの表面よりも少し高い位置まで伸び出しているマスク支持部３６の上に載置されている。
またケース体１１の内側面における例えばノズル２の往復路の延長線上には、例えばＣＣＤカメラからなる撮像手段４が設けられており、この撮像手段４は、試し塗り時にはウェハＷ上に塗布された塗布液を撮像できるように、また実際の塗布時にはマスク３５上に塗布された塗布液を撮像できるように高さ位置が調整可能に設けられている。
ここで図１１を参照しながら塗布装置の制御系に関して説明する。図１１中５は、制御部であり、制御部５に含まれる各部及び関連する部分について述べる。５１は例えばＣＰＵからなるデータ処理部、５０は試し塗り用のウェハＷに対してノズル２により塗布液の試し塗りを行うためのプログラムを格納する試し塗りプログラム格納部であり、このプログラム、プログラムを実行するデータ処理部５１、ノズル２及び基板保持部１２は、この例ではウェハＷに対して試し塗りを実行する実行手段をなすものである。５２は撮像手段４により撮像して取り込まれた画像データを処理する画像処理プログラムを格納する画像処理プログラム格納部である。
５３は演算プログラム格納部であり、実際の塗布処理（製品ウェハＷに対する塗布処理）を行う前の試し塗りの段階で撮像された結果に基づいてウェハＷ上の塗布液の接触角を求め、その接触角に基づいて既述の（８）式及び（９）式の演算を行って図５の両グラフを求め、ノズル２の吐出流量毎のピッチｄｐの許容範囲の関係データ（グラフ（８）、（９）の間の領域）を求める演算プログラムを格納している。この演算プログラム及びデータ処理部５１は演算手段をなすものである。
５４は演算プログラムにより求められたグラフ（８）、（９）を記憶する第１の記憶部であり、５５は目標膜厚で決まるノズル２の吐出流量とピッチｄｐとの関係データ（例えば図５の点線で示すグラフ）を各目標膜厚毎に記憶する第２の記憶部である。５６は許容範囲決定プログラム格納部であり、第１の記憶部５４に記憶された関係データと第２の記憶部５５に記憶された関係データとを適合して吐出流量毎のピッチｄｐの許容範囲を求め、例えばＣＲＴ画面などの表示部６に表示するプログラムを格納している。このプログラム及びデータ処理部５１はこの例では、ピッチｄｐの許容範囲を決める手段をなすものである。ピッチｄｐの許容範囲の表示の仕方としては、図５に示したように上限、下限を示すグラフ（８）、（９）と目標膜厚に応じた前記関係データとを重ね合わせて表示するようにしてもよいし、目標膜厚に応じた前記関係データのみ表示し、許容範囲の部分を他の部分とは異なる色で表示するようにしてもよい。
５７は、実際の塗布処理を行っているときに撮像手段４からの撮像結果に基づいてノズル２からの塗布液の吐出状態を判断するためのプログラムを格納する吐出状態判断プログラム格納部である。このプログラムは例えばノズル２がマスク３５上で次の線に対応する位置に移動する前において塗布液の線の断面積の変化を把握し、その変化量が多いときにはノズル２の吐出状態が不安定であると判断してアラーム発生部７にアラームを発生させるように作られている。この判断は、本来はウェハＷ上に塗布された塗布液を撮像して塗布液の線の断面積の変化を見て行うことが好ましいが、この実施の形態ではマスク３５を用いているためこのような手法としている。このプログラム及びデータ処理部５１はこの例では判断手段をなすものである。
また条件設定部５８は、ノズル２の吐出流量、ノズル２のピッチｄｐに対応するモータＭ１の間欠的駆動量、ノズル２のスキャン速度に対応するモータＭ２の回転数などを設定する部分であり、例えばタッチパネルなどにより構成される。ノズル２の吐出流量は流量調整部２２で調整してもよいが、ノズル２の穴径が決まっていれば、塗布液中の固形分の分量に応じて吐出流量と吐出圧との関係が一義的に決まるため、吐出圧を検出し、ポンプ２４の押し出し動作を調整して結果として吐出流量を調整するようにしてもよい。
次に上述の塗布装置の動作について説明する。これからある種のウェハＷに対して塗布処理を行おうとする場合、このウェハＷと表面状態が同じウェハＷをウェハ保持部１２に水平に保持させ、例えばウェハＷの中央部がノズル２のスキャン領域の真下に位置するようにモータＭ１によりウェハ保持部１２の位置を設定する。なおこの工程では、上記のマスク３５は用いず、また撮像手段４はウェハＷの表面上の塗布液を撮像する高さ位置に設定される。そしてノズル２からウェハＷ上に塗布液を吐出させながら当該ノズル２をＸ方向に移動させ、塗布液の線を１本引く。この動作は前記試し塗りプログラムにより実行される。そしてこの線を側方から撮像手段４により撮像して画像処理プログラムにより画像処理を行って塗布液の接触角を求め、演算プログラムにより演算を行い既述のグラフ（８）、（９）を求めて第１の記憶部５４に格納する。
一方記憶部５５内に、塗布液の固形分濃度（粘度）及びノズル２のスキャン速度が決まっている状態で目標膜厚毎に目標膜厚で決まる吐出流量及び塗布液の線のピッチｄｐとの関係データを格納しておく。例えばスキャン速度が一定であれば、固形分濃度毎に、目標膜厚をパラメータとした吐出流量−ピッチｄｐの関係データを格納しておき、これから実際に行おうとする塗布処理に用いられる塗布液の固形分濃度及び目標膜厚を指定して記憶部５５から該当する関係データを選択する。そして許容範囲決定プログラムによりこの関係データと記憶部５４内の関係データとが例えば重ねられて表示部６１に表示される。オペレータはこの表示を見ることによりピッチｄｐの許容範囲が分かるので、ピッチｄｐ及びそのピッチｄｐに対応する吐出流量を設定する。なおこの設定は、制御部５側で例えば許容範囲の中間値をピッチｄｐの設定値として設定するようにしてもよい。
こうしてピッチｄｐ及び吐出流量が決まった後、製品ウェハに対して実際の塗布が行われる。先ず図示しないアームによりウェハＷをウェハ保持部１２に載せ更にマスク支持部３６の上にマスク３５を載せる。ケース体１１の開口部１１ａから見てケース体１１の奥側（図１０において右側）のウェハＷの端部を前端部とすると、例えばウェハＷの前端部が塗布液ノズル２のＸ方向スキャン領域の真下に位置するようにウェハ保持部１２が位置する。そしてここからウェハ保持部１２がボールネジ部１５によりガイド部１６にガイドされながらケース体１１の奥側に向かってＹ方向に所定のピッチで間欠的に移動する。
一方塗布液ノズル２はウェハＷの間欠移動のタイミングに対応してＸ方向に往復移動する。つまりウェハＷが静止しているときに塗布液ノズル２が一端側から他端側に塗布液をウェハＷ上に吐出しながら移動し、次いでウェハＷがウェハ保持部１２により所定量（所定ピッチ）だけＹ方向に移動する。塗布液（レジスト液）の吐出については，一旦レジスト液供給源２５からポンプ２４によりレジスト液を吸い込み、次いでベローズを押して所定量だけ塗布液ノズル２からレジスト液を吐出させることにより行われる。
塗布液ノズル２は他端側にて折り返し、一端側に向かって塗布液をウェハＷ上に吐出しながら移動する。図１２はこの様子を示す説明図であり、塗布液ノズル２からのレジスト液８が一筆書きの要領で塗布されている。ウェハＷの回路形成領域の周縁の輪郭はいわば階段状のラインになっており、マスク３５の開口部３５ａはこれに合わせた形状になっているが、例えば開口部３５ａの縁の方が前記輪郭よりも少し外側になるように形成されている。こうしてウェハＷの回路形成領域の全面にレジスト液が塗布されて液膜が形成される。
一方塗布処理を行うときには撮像手段４の高さを調整してマスク３５の表面に塗布された塗布液を撮像する位置に設定し、ノズル２から塗布された塗布液を撮像する。この撮像結果に基づいて前記吐出状態判断プログラムが塗布液の断面積（ノズル２が折り返し地点に到達する前の断面積）を求め、この断面積の変化の状態を監視し、変化が大きいときには吐出状態に不具合があると判断してアラームを発生させる。これによりオペレータは運転を停止してノズル２の状態を確認するなどの作業を行う。なおアラームの発生と同時にノズル２のスキャンを停止するようにプログラムを組んでもよい。
こうして塗布膜が形成された後、例えば前記超音波振動子によりウェハＷに超音波を印加し、液膜をならして膜厚を均一化する。更にその後ウェハＷは乾燥され、液膜中の溶剤が蒸発してレジスト膜が得られる。
上述の塗布装置によれば、予め製品ウェハと同じ種類（表面が同じ状態）の試し塗り用のウェハを塗布装置内に搬入して試し塗りを行うことにより、これから塗布処理を行う製品ウェハと塗布液の固形分濃度（粘度）とで決まる塗布液の接触角に応じた吐出流量毎のノズル２のピッチｄｐの許容範囲が決まるので、塗布処理のパラメータの設定作業が容易になり、速やかに塗布処理を開始できる。
更にまた塗布処理中に塗布された塗布液を撮像手段４により撮像してノズル２の吐出状態を監視しているので、吐出に不具合があったときには、その時点で作業を中止するなどの対応をとることができるので、作業効率がよい。
以上において、試し塗りは、実際の塗布処理を行う場所とは別の場所で行ってもよい。またウェハＷの上に必ずしもマスクを配置することに限られるものではなく、マスクを用いない場合には、塗布処理時にウェハ表面に塗布された塗布液を撮像手段で監視すればよい。
ここでノズル２の吐出流量ｑを設定するための好ましい方法の一例について述べておく。例えば図９〜図１１に示した装置において吐出流量ｑを設定する場合、先ずこれから処理しようとする製品ウェハと同じウェハを用い、ポンプ２４（図９参照）の吐出圧を何通りかに設定し、各吐出圧の下でウェハに塗布液の線を引く。図１３は一例として吐出圧を３通りに設定して１枚のウェハに夫々描いた塗布液の線Ｌである。次いでこの線Ｌを撮像手段４により撮像して塗れ幅を求め、図１４に示すように塗れ幅と吐出圧との関係をプロットし、理論曲線を作成する。そして塗れ幅と吐出流量との関係を示す既述の（８）式から図１４の理論曲線を吐出流量と吐出圧との関係に変換し、図１５に示すように理論曲線を作成する。
こうして作成した吐出流量と吐出圧との関係を制御部５内の記憶部に格納し、得たい吐出流量を入力することにより、その流量に対応する吐出圧が求められて、その吐出圧でポンプ２４が動作するようにすれば、次のような利点がある。即ち、ある吐出流量（例えば１．０ｃｃ／分）で塗布したい時には、ポンプ２４が吐出圧の入力により動作するため、吐出圧を種々変えてその流量になるまで調整しなければならない。これに対して吐出流量と吐出圧との関係を記憶させておけば、設定したい吐出流量を入力すると自動的に吐出圧に変換されて、その吐出圧がポンプ２４の設定圧力となってポンプ２４が動作し、これにより設定したい吐出流量で塗布が行われる。
またノズル２の口径が変わったときには、吐出圧が同じでも吐出流量は変わるが、この方法は、１回、１回吐出流量を調べなくてよいので設定作業が容易である。
なお吐出圧と吐出流量とは、流体力学的に（１０）式が成り立つ。α、βは変数、ΔＰは吐出圧である。
ｑ＝（α２−βΔｐ）１／２−α…（１０）
即ちポンプ２４から吐出された液は、配管、フィルター、ノズルを通って吐出される。このときに圧力損失（後に吐出圧）を受ける。これ以外にチューブの曲がりや継手部分など計算しづらい圧力損失もある。これらを全て考慮すると、吐出流量と圧力損失（吐出圧）との間には（１１）式の関係がある。
ａｑ２＋ｂｑ＋Δｐ＝０…（１１）
ａ、ｂ、ｃは薬液の物性（粘度や密度）あるいはノズルの大きさなどの項が入った定数である。この式において２次式の解を求めると（１０）式になり、この（１０）式が図１５の曲線に相当する。また既述の（８）式と（１０）式とから塗れ幅ｄｗと吐出圧Δｐとの関係は（１２）式で表わされ、これが図１４の曲線に相当する。
ｄｗ＝［｛（α２−βΔｐ）１／２−α｝／Ｋ］１／２…（１２）
本実施形態では、例えばノズル２のスキャン速度が一定の場合について説明したが、これに限られず、例えば段階的なスキャン速度毎に、塗布液の吐出流量ｑと塗れ幅ｄｗとの関係データを第１の記憶部５４に記憶しておくようにしてもよい。そして、またこの段階的なスキャン速度毎に、目標膜厚毎の吐出流量ｑとピッチｄｐとの関係データを第２の記憶部５５に記憶しておくことにより、スキャン速度が異なっても容易かつ迅速に条件設定を行うことができる。
さらに、本実施形態では、実際に製品用基板に塗布している塗布液を撮像手段４により撮像し、この撮像結果をリアルタイムで塗れ幅の線の算出を行うようにしてもよい。このようにリアルタイムで処理を行う場合について図１６を参照して説明する。
まず、オペレータは、目標膜厚を設定する（ステップ１６０１）。ノズル２のスキャン速度やレジストの固形分量は一定であるとする。そして図１２に示すように、ウェハＷの周縁部からノズル２をウェハ上でスキャンさせてレジスト液を塗布を開始する（ステップ１６０２）。このとき、最初の１本目のレジスト液８の線を撮像する（ステップ１６０３）。そしてこの撮像結果に基づき、塗れ幅ｄｗを算出する（ステップ１６０４）。具体的には上記の場合と同じように撮像結果から接触角を求めて塗れ幅ｄｗの算出を行う。この塗れ幅ｄｗに基づき、上述した場合と同様に図５に示すように、ピッチｄｐの許容範囲を算出する（ステップ１６０５）。ピッチの許容範囲が算出されたら、現在実際に設定され塗布されているノズル２のピッチが、当該算出されたピッチの許容範囲に照らし合わせてその許容範囲内にあるか否かを判断する（ステップ１６０６）。ここで、現在実際に設定され塗布されているノズル２のピッチが、当該許容範囲内にあれば、そのままの状態で、すなわちピッチを変更しないでノズル２をスキャンさせて塗布処理を続行する（ステップ１６０８）。許容範囲内になければ、現在実際に設定され塗布されているノズル２のピッチを許容範囲内に補正し（ステップ１６０７）、この補正されたピッチで塗布処理を続行する。もちろんこのピッチの補正処理は、２本目の塗布線を塗布する前に行う必要がある。また、このようなピッチの補正処理は制御部５（図１１参照）中の図示しないＣＰＵの判断に基づき全自動で行うようにする。
［第２の実施の形態］
次に第２の実施形態について説明する。図１７は、複数の塗布液の吐出孔、例えば２つの吐出孔１０ａが形成されたノズル１０から塗布液を吐出する場合において、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）のそれぞれで吐出孔１０ａ同士の間隔が異なるノズルから吐出したときの模式図である。（ａ）は、吐出孔１０ａの間隔が他より大きく、塗布液が重ならない状態でウェハＷ上に供給されている。（ｃ）は、吐出孔１０ａ同士の間隔が他より小さく、塗布液が重なって実質的に円柱形状の一部（円弧状）の形状になってウェハＷ上に供給されている。（ｂ）は、（ａ）と（ｃ）の間の大きさの間隔であり、塗布液は重なってウェハＷ上に供給されるが、円柱形状の一部の形状とはなっていない。
本実施形態で、例えば（ａ）〜（ｃ）すべて吐出流量（ｃｍ３／分）が同じであるとすると、ウェハＷ上の単位面積当りに供給される塗布液の量が（ａ）〜（ｃ）の順に多くなっていると考えられる。このような吐出状態を、上記した図８のグラフに対応させると図１８における破線４０で表すことができる。なお、図１８中の（ａ）〜（ｃ）は図１７の（ａ）〜（ｃ）に対応している。ここで（ａ）は塗布液が重ならないので、実質的に塗れていないとみなして塗れ幅は０としている。（ｃ）の範囲では、吐出流量が多くなるほど塗れ幅も大きくなると考えられる。（ｂ）の範囲では、吐出流量が多くなって行っても（ａ）の状態、すなわち円柱形状に近づいていくため塗れ幅は一定であるとみなせる。
このような考察から、上記第１の実施形態に係る発明は、このような複数の吐出孔が形成されたノズルであって吐出孔の間隔が異なるノズルを複数用意して吐出する場合にも適用できることになる。
［第３の実施の形態］
本実施形態では、例えば半導体デバイスの保護膜やレジスト膜を形成するために、ポリイミドあるいはレジスト液をウェハなどの基板上に塗布する処理がある。この塗布処理の方法の一つとして、ポリイミドを溶剤に溶かした薬液を塗布前に溶剤で更に薄め、例えば図２８に示すようにウェハＷを回転させておいて塗布ノズルＮをウェハＷの径方向に徐々に移動させながら塗布液をウェハＷ表面に吐出し、塗布液を一筆書きの要領で螺旋状に塗布していく方法がある。具体的には、例えばウェハＷに対する塗布液の吐出速度を一定とすると共に、ウェハＷ上で径方向に隣り合う塗布液の線同士を均等な間隔、例えば隙間なく密着するように配列していく方法である。
本発明を実施するための塗布装置について、例えば塗布液としてポリイミド液やレジスト液を供給し、基板表面にポリイミド膜やレジスト膜を形成する場合を例に図１９及び図２０に示す概略説明図を参照しながら説明する。この塗布膜形成装置の全体構成を簡単に説明しておくと、図１９に示すように、試し塗り用基板に対し塗布液の塗布を行い、該基板上に塗布された塗布液を撮像して画像データの取得を行う測定部１０１と、この測定部１０１にて得た画像データから塗布液の線幅を把握すると共に該線幅に基づき最適な塗布液の供給パターンを決定するコンピュータを含む制御部１０２と、前記供給パターンに基づいて塗布ノズルから製品用基板に塗布液を供給し、表面全体に塗布膜を形成する塗布部１０３と、の大きく分けて３つの装置からなる。測定部１０１及び塗布部１０３については例えば塗布ユニットの外装体をなす筐体内に共に収納されるが、ここでは筐体の図示を省略するものとする。
先ず測定部１０１について説明すると、１１１はケース体であり、その内部には試し塗り用基板であるウェハＷ１を例えば裏面側から吸着して水平保持するチャック１１２が設けられている。チャック１１２により保持されたウェハＷ１の上方には、例えばモータ及びボールネジ機構からなる駆動部１１３によりＸ方向に移動自在に構成されている塗布ノズル１１４が設けられており、この駆動部１１３はコントローラ１１５を介して制御部１０２と接続され、例えばデータ処理部１２４から送信される制御信号に従って所定の速度でノズルのスキャンを行うように構成されている。
またウェハＷ１の上方には塗布ノズル１１４の移動の妨げとならない位置に、ウェハＷ１上に線状に塗布された塗布液を撮像するための例えばＣＣＤカメラよりなる撮像手段１１６が設けられている。この撮像手段１１６は制御部１０２の画像処理部１２２へと接続されており、塗布液の状態を画像データとして送信できるようになっている。
前記制御部１０２は、塗布膜の形成に必要な初期条件を入力するための例えばタッチ式パネル等で構成される入力手段１２１と、測定部１０１にて得る画像データから塗布液の線幅を把握するための画像処理部１２２と、こうして得た線幅の測定値からメモリ１２３内に格納される図２１に示すデータテーブルを参照して塗布条件を決定するデータ処理部１２４とを備え、前記塗布条件に基づいて塗布部１０３の駆動系及び塗布液供給系の夫々の制御を行うと共に、図１９では省略しているが前記測定部１０１における駆動制御も行う構成となっている。なお制御部１０２は現実には図示しないＣＰＵや記憶手段等の組み合わせにより構成されるものであるが、説明の都合上必要となる機能ごとにブロック化して表すものとする。
前記データテーブルは塗布部１０３における塗布処理時に、製品用基板の全面に均一な膜厚の塗布膜を形成するにあたり最適な塗布条件が記録されているものであり、予め各種条件ごとに行っておいた実験結果に基づき複数用意されている。データテーブルのデータの決め方は例えば次のようにして行われる。予め表面状態が異なる（薄膜の種類が異なる）種々のウェハを用意し、目標膜厚Ｄｎ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３．．．）毎にウェハの種類及び塗布液の種類の組み合わせを変えて塗布部１０３にて塗布を行う。そしてウェハの種類及び塗布液の種類の組み合わせ毎に塗布部１０３の後述の塗布ノズル１３５の移動パターン及び回転パターンの組を変えて塗布を行い、塗布膜の膜厚の均一性が高いときの塗布ノズル１３５の移動パターン及びウェハの回転パターンの組を記録する。
このようにしてデータをとると、例えば目標膜厚Ｄ１において、ある種類のウェハにある種類の塗布液を塗布すると、塗布膜の膜厚の均一性が高いときの塗布条件つまり塗布ノズル１３５の移動パターン及びウェハの回転パターンの組、図２１でいうならば、例えば移動パターンＰ１１と回転パターンＳ１１とが対になってデータテーブルに格納される。
ここで塗布ノズル１３５の移動パターンとは、塗布ノズル１３５直下のウェハ位置と該位置におけるスキャン速度との関係を表すものであり、塗布ノズル１３５直下のウェハの周速度が一定であることから、塗布ノズルがウェハ外縁に向かうにつれて徐々に速度を落とす右下がりの曲線で表され、その関係は例えば基板が８インチの場合、図２２に示すようになる。
また回転パターンとは、塗布ノズル１３５直下のウェハ位置とそのときにおけるウェハの回転数との関係を表すものであり、塗布ノズル１３５直下のウェハの周速度が一定であることから、塗布ノズル１３５がウェハ外縁に向かうにつれて徐々に回転数が小さくなる右下がりの曲線で表され、その関係は例えば基板が８インチの場合、図２３に示すようになる。
ところで、考えられるウェハの種類と塗布液の種類の組の全部についてデータをとることは、膜厚もパラメータになっていることから作業者の負担が極めて大きくなるし、ウェハに成膜される膜の種類及び塗布液の種類も将来的には変わってくると予想されることから、実際には対応しきれない。そこで本発明では、ウェハの種類と塗布液の種類の組とを決めるということは、ウェハの表面状態と塗布液の粘度との組を決めるということであり、更に突き詰めれば塗布された塗布液の線の盛られ方（断面形状）が決まるということである。このことは、ウェハの種類と塗布液の種類との組に対応する最適な塗布条件は、ウェハの種類と塗布液の種類との組み合わせが異なっても、当該組み合わせにおける塗布液の線の盛られ方と同じ盛られ方をする組み合わせであれば、同じ塗布条件を使用できることを意味している。
従って本発明では、前記測定部１０１においてウェハの種類と塗布液の種類の組を決めて最適な塗布条件を見つけたときに、前記測定部１０１において同じウェハ、同じ塗布液、同じ塗布ノズル１３５を用い、更に吐出速度を予めある値に決めておき、ある一定のスキャン速度で塗布ノズル１３５を動かしながらウェハ上に塗布液の例えば１本の直線を引き、その線幅を撮像手段１１６により撮像しておく。そして撮像した線幅と、最適な塗布条件つまり塗布ノズル１３５の移動パターン及びウェハの回転パターンの組と、を対応させてデータテーブルに記憶しておく。このようにしておけば、後述のように作業者は測定部１０１にて製品ウェハと同じ（同種の）ウェハに対して予め試し塗りをすることによりその線幅に基づいて最適な塗布条件が分かるのである。
次いで塗布部１０３を説明する。１３１は製品用基板であるウェハＷ２を裏面側から真空吸着し水平保持する基板保持部であり、下方側を塗布処理時にこの基板保持部１３１を鉛直軸周りに回転させる回転機構１３２（図１９参照）により支持されている。これら基板保持部１３１及び回転機構１３２は、天井部にはＸ方向に延びるスリット１３４を有するケース体１３３によりその周囲を囲われている。このケース体１３３の内部には、例えば塗布ユニット内のより狭い空間内での雰囲気制御を行うための図示しない装置、例えば温湿度調整手段や溶剤蒸気供給手段等が設けられており、これらの装置により例えば塗布後における塗布液の揮発を抑えられるようになっている。なおケース体１３３の側面には、図示していないが例えばシャッタにより開閉されるウェハ受け渡し口が形成されている。
またケース体１３３の上方には、ウェハＷ２へ塗布液を供給するための塗布ノズル１３５が設けられており、下部側先端の吐出孔１３５ａが前記スリット１３４を介してケース体１３３内に突出した状態で、ケース体１３３外部に設けられる駆動部１３６によってＸ方向に移動できるように構成されている。また回転機構１３２及び駆動部１３６の夫々はコントローラ１３７を介して制御部１０２へと接続しており、データ処理部１２４からの制御信号に従って駆動するように構成されている。
ここで再び図１９に戻って、測定部１０１及び塗布部１０３における塗布液供給系について説明する。先ず、塗布部３側から説明すると塗布ノズル１３５の基端側にはバルブＶ１及びポンプ１３８を介して塗布液供給源１３９が接続されている。この塗布液供給源１３９には例えば塗布膜の成分であるポリイミド成分を例えばＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）等の溶剤に溶解させたポリイミド溶液が貯留されており、塗布ノズル１３５からウェハＷ２へと吐出されるポリイミド液の供給速度は、例えば制御部１０２によりポンプ１３８を制御することで調節できるように構成されている。このような構成において、ポンプ１３８には例えばベローズ型ポンプが用いられる。ベローズ型ポンプとは、ベローズの伸縮により液の吸入及び吐出のタイミングを切り替えるポンプであり、その伸縮動作は例えばステッピングモータにより行われる。従って例えば制御部１０２にでステッピングモータの駆動制御を行うことでベローズの伸縮幅を変化させ、これに伴うポリイミド液の吐出速度を調節する仕組みとなっている。なお本実施の形態ではベローズやステッピングモータといったポンプ１３８における吐出速度の調節部位について図示を省略している。
一方、既述のように測定部１０１と塗布部１０３とにおいて同一の塗布液を用いるためポンプ１３８の下流側配管はバルブＶ１の手前で分岐し、バルブＶ２を介して測定部１の塗布ノズル１１４へと延びる構成とされている。
また塗布ノズル１３５及び塗布ノズル１１４には同等の機能を有するのものが用いられ、また被塗布対象であるウェハＷ１及びＷ２の夫々においても同じものが用いられる。従って、例えば試し塗り用基板であるウェハＷ１は多数ある製品用のウェハＷ２の中から抜き取った一枚であってもよいし、ウェハＷ２と表面状態が同一である（同じ膜が付けられている）他の基板であってもよいが、ここでは前者のように同一種類のウェハを用いるものとして説明する。なお、特許請求の範囲における「線幅測定手段」は、撮像手段１１６、画像処理部１２２及びコンピュータにおける演算手段等を含むものである。
次に本実施の形態における作用について図２４に示す工程図を参照しながら説明を行う。先ずオペレータは製品用ウェハＷ２に形成する塗布膜の目標膜厚を決定し制御部１０２の入力手段１２１により入力する（ステップＳ１）。目標膜厚の入力により、メモリ１２３内のデータテーブルのうちの目標膜厚に対応するデータが選択される。そして表面状態が製品ウェハの表面状態と同じ試し塗り用の基板、例えば製品ウェハ群の中から抜き取られた試し塗り用のウェハを測定部１内に搬入し、塗布ノズル１１４により１本塗布液の線を引く（ステップＳ２）。
このときの塗布ノズル１１４のスキャン速度は、データデーブルのデータをとったときのスキャン速度と同じであり、また及び使用される塗布液は、これから製品用ウェハＷ２に対して塗布される塗布液と同じである。そして撮像手段１１６により塗布液の線を撮像し（ステップＳ３）、制御部１０２の画像処理部１２２にて撮像した塗布液の線から線幅を求め、メモリ１２３内のデータテーブルのうちの前記目標膜厚に対応するデータからこの線幅に対応する最適な塗布条件つまり塗布ノズル１３５の移動パターン及びウェハの回転パターンの組が決定される（ステップＳ４）。
次いで製品用ウェハＷ２を図示しない外部のアームにより図示しない受け渡し口からケース体１３３内に搬入し、基板保持部１３１の昇降動作と前記アームの協働作用によりウェハＷ２を基板保持部１３１に保持させる。その後、既に試し塗りにより決定された塗布ノズル１３５の移動パターン及びウェハの回転パターンに基づいて、制御部１０２がモータＭを介して塗布ノズル１３５のスキャン速度を制御すると共に回転機構１３２を介してウェハＷ２の回転を制御し、図２８に示したようにしてウェハＷ２に螺旋状に塗布液を塗布する。しかる後このウェハＷ２をケース体１３３から搬出して例えば減圧乾燥ユニットとに搬送し、溶剤を揮発させて塗布成分の塗布膜を得る。
上述の実施の形態によれば、ウェハの種類と塗布液の種類との組に対応する最適な塗布条件は、ウェハの種類と塗布液の種類との組み合わせが異なっても、当該組み合わせにおける塗布液の線の盛られ方と同じ盛られ方をする組み合わせであれば、同じ塗布条件を使用できるという考え方に基づき、製品用ウェハに対して塗布処理を行う前に測定部１０１にていわば試し塗りに相当する塗布処理を行い、ここで把握される塗布液の線幅に基づいて製品用ウェハにおける塗布液の塗布条件を決定している。従って使用される塗布液の種類及びウェハの種類がどのようなものであっても、試し塗りをするだけで最適な塗布条件が分かるので、初期設定の手間を軽減することができる。このため塗布処理に要するトータルの時間を短縮することができ、スループットが向上する。
ここで本実施形態は、実際に製品用ウェハＷ２に塗布している塗布液の線幅の測定をリアルタイムで行うことも可能である。この場合例えば、塗布開始直後の線幅を測定した後、測定された線幅に対応する移動パターンと回転パターンの組み合わせを選出する。そしてこれに基づきノズル１３５の移動及びウェハの回転を制御して塗布液を供給するようにすればよい。
なお、本実施の形態では測定部１０１及び塗布部１０３の夫々への塗布液供給を共通の塗布液供給源１３９及びポンプ１３８を介して行うようにしたが、同一条件下での供給が可能であれば夫々別個の塗布液供給系を設けるようにしてもよい。
また本発明では、例えば図２５に示すように共通の装置でウェハＷ１とウェハＷ２との夫々の塗布処理を行う構成としてもよい。図中１４１はウェハを水平保持するウェハ保持部であり、このウェハ保持部１４１は下方側に設けられる回転機構１４２により回転自在となっている。ウェハ保持部１４１により保持されたウェハの上方には図示しない駆動部により例えばウェハの中心から径方向にスキャン可能な塗布ノズル１４３が設けられており、この塗布ノズル１４３の移動を妨げない位置には塗布液の画像データを取得するための撮像手段１４４が設けられる。
そして先ず試し塗り用ウェハＷ１を基板保持部１４１に保持させ、例えば塗布ノズル１４３の位置を固定し、ウェハＷ１のみを回転させながら塗布液の供給を行って円弧状の線を引き、しかる後この塗布液の円弧状の線を撮像して線幅を測定する。この塗布は試し塗りなので製品用ウェハＷ２に対して行うように全面に亘って塗布処理を行う必要はなく、こうして得た画像データはコンピュータ１４５に送信され、線幅の測定が行われる。そして試し塗り用のウェハＷ１搬出し、次いで製品用ウェハＷ２を基板保持部１４１に保持させ、前記線幅測定値に基づいて先に述べた実施の形態と同様に塗布条件が決定され、同様にして塗布処理が行われる。
次に上述の第１、第２及び第３の実施形態に係る塗布装置を塗布ユニットに組み込んだ塗布・現像システムの一例の概略について図２６及び図２７を参照しながら説明する。図２６及び図２７中、９はウェハカセットを搬入出するための搬入出ステージであり、例えば２５枚収納されたカセットＣが例えば自動搬送ロボットにより載置される。搬入出ステージ９に臨む領域にはウェハＷの受け渡しアーム９０がＸ，Ｚ，Ｙ方向およびθ回転（鉛直軸回りの回転）自在に設けられている。更にこの受け渡しアーム９０の奥側には、例えば搬入出ステージ９から奥を見て例えば右側には塗布・現像系のユニットｕ１（塗布ユニット９２，現像ユニット９１）が、左側、手前側、奥側には各々のユニットが多段に重ねられ構成された加熱・冷却系のユニットｕ２，ｕ３，ｕ４が夫々配置されている。また、塗布ユニット９２，現像ユニット９１と加熱・冷却系ユニットＵ２、Ｕ３、Ｕ４との間でウェハＷの受け渡しを行うための、例えば昇降自在、左右、前後に移動自在かつ鉛直軸まわりに回転自在に構成されたウェハ搬送アームＭＡが設けられている。但し図２７では便宜上ユニットｕ２及びウェハ搬送アームＭＡは描いていない。
塗布・現像系のユニットにおいては、例えば上段に２個の上述の現像装置を備えた現像ユニット９１が、下段に２個の塗布ユニット９２が設けられている。例えば加熱・冷却系のユニットにおいては、加熱ユニットや冷却ユニット、疎水化処理ユニット等がユニットＵ２，Ｕ３，Ｕ４の中に７段の棚状に収納配置された構造となっている。
塗布・現像系ユニットや加熱・冷却系ユニットを含む上述の部分をプロセスステーションブロックと呼ぶことにすると、このプロセスステーションブロックの奥側にはインターフェースブロック２００を介して露光装置２０１が接続されている。インターフェースブロック２００は例えば昇降自在、左右、前後に移動自在かつ鉛直軸まわりに回転自在に構成されたウェハ搬送アーム２０２により露光装置２０１の間でウェハＷの受け渡しを行うものである。
この装置のウェハの流れについて説明すると、先ず外部からウェハＷが収納されたウェハカセットＣが前記搬入出ステージ９に搬入され、ウェハ搬送アーム９０によりカセットＣ内からウェハＷが取り出され、既述の加熱・冷却ユニットＵ３の棚の一つである受け渡し台を介してウェハ搬送アームＭＡに受け渡される。次いでユニットＵ３の一の棚の処理部内にて疎水化処理が行われた後、塗布ユニット９２にてレジスト液が塗布され、レジスト膜が形成される。レジスト膜が塗布されたウェハＷは加熱ユニットで加熱された後、ユニットＵ４のインターフェースブロック２００のウェハ搬送アーム２０２と受渡し可能な冷却ユニットに搬送され、処理後にインターフェースブロック２００，ウェハ搬送アーム２０２を介して露光装置２０１に送られ、ここでパターンに対応するマスクを介して露光が行われる。露光処理後のウェハをウェハ搬送アーム２０２で受け取り、ユニットＵ４の受け渡しユニットを介してプロセスステーションブロックのウェハ搬送アームＭＡに渡す。
この後ウェハＷは加熱ユニットで所定温度に加熱され、しかる後冷却ユニットで所定温度に冷却され、続いて現像ユニット９１に送られて現像処理され、レジストマスクが形成される。しかる後ウェハＷは搬入出ステージ９上のカセットＣ内に戻される。
以上において本発明にて処理される基板は、ＬＣＤ基板や露光マスクであってもよいし、また塗布液としてはレジスト液に限られるものではなく、例えば層間絶縁膜用の液体、高導電性膜用の液体、強誘電体膜用の液体、銀ペーストなどであってもよい。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明によれば、一筆書きの要領で塗布液を基板に塗布するにあたり、塗布処理のパラメータの設定の作業が容易に行え、作業者の労力を低減できる。また、特に、基板上に螺旋状に塗布液を塗布する場合に均一な膜厚で塗布膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態においてウェハ上にレジスト液を塗布する様子を示す斜視図である。
図２は、ピッチと吐出流量との関係を示す特性図である。
図３は、塗布液の線が重ならない様子を示す説明図である。
図４は、塗布液の線を円柱とみなして吐出流量と塗れ幅との関係を求めるための幾何学的モデルを示す説明図である。
図５は、ノズルの吐出流量毎のピッチの上限及び下限を示すグラフと、目標膜厚から決まる吐出流量とピッチとの関係データとを示す特性図である。
図６は、塗布液の先走り現象を示す説明図である。
図７は、塗布液の先走り現象が起こらないピッチの下限を求めるための幾何学的モデルを示す説明図である。
図８は、ノズルの吐出流量と塗布液の線の塗れ幅との関係が接触角により変わることを示す特性図である。
図９は、本発明の実施の形態にかかる塗布装置の機構部分を示す断面図である。
図１０は、本発明の実施の形態にかかる塗布装置の機構部分を示す平面図である。
図１１は、上記の塗布装置おいて機構部分と制御部とを示す構成図である。
図１２は、上記の塗布装置を用いて実際に塗布を行っている状態を示す斜視図である。
図１３は、ウェハ上に引いた塗布液の線を示す平面図である。
図１４は、塗れ幅と吐出圧との関係を示す特性図である。
図１５は、吐出流量と吐出圧との関係を示す特性図である。
図１６は、第１の実施形態におけるフローの変形例を示すフロー図である。
図１７は、第２の実施形態を説明するための塗布液供給時の模式図である。
図１８は、図１７に示す各ノズルを用いた場合のピッチの許容範囲を示す特性図である。
図１９は、第３の実施形態に係る塗布膜形成装置の実施の形態を示す全体構成図である。
図２０は、第３の実施形態に係る塗布膜形成装置の実施の形態を示す平面図である。
図２１は、メモリ内のデータテーブルを示す説明図である。
図２２は、前記データテーブル内に格納される塗布ノズルの移動パターンを表す特性図である。
図２３は、前記データテーブル内に格納されるウェハの回転パターンを表す特性図である。
図２４は、前記実施の形態の作用を説明するための工程図である。
図２５は、第３の実施形態に係る塗布膜形成装置の他の実施の形態を示す説明図である。
図２６は、本発明の塗布装置を組み込んだ塗布、現像システムを示す外観図である。
図２７は、本発明の塗布装置を組み込んだ塗布、現像システムの中を示す平面図である。
図２８は、螺旋状の塗布液供給時の斜視図である。
図２９は、塗布液ノズルをスキャンさせて塗布液を供給する際の平面図である。
【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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【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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