(57)【要約】【課題】塗布ムラを最小限に抑えながら塗布時間を短縮する塗布膜形成装置を提供する。【課題を解決するための手段】基板Ｓを載置して回転する円盤状のステージ１０の上部に塗布液を吐出するための供給ノズル１２と、供給ノズルを移動させるためのアーム（第１のアーム１３及び第２のアーム１４）を有している。供給ノズル１２は複数でかつ所定の間隔で一列に配置され、固定部材２０に固定されているとともに、加圧気体の圧力によって塗布液を前記基板上に吐出する。第１及び第２のアーム１３，１４は、ステージ１０上に直角をなすように配置されたレール状の摺動部材であり、１本の第２のアーム１４が２本の第１のアーム１３上を平行に摺動可能であるとともに、固定部材２０が第２のアーム１４上を摺動可能であるように構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板Ｓを載置して水平回転するステージ（１０）と、加圧気体の圧力によって塗布液を前記基板上に吐出する複数の供給ノズル（１２）及び前記供給ノズルを固定するための固定部材（２０）と、前記ステージ上で、独立した２軸に沿って前記固定部材（２０）を前記ステージ上の任意の位置に水平移動させる第１のアーム（１３）及び第２のアーム（１４）と、前記加圧気体の圧力を変化させる圧力可変手段（１９）とを備えていることを特徴とする塗布膜形成装置。
【請求項２】
前記第１のアーム（１３）及び第２のアーム（１４）は、前記ステージ（１０）上に配置されたレール状の摺動部材であり、前記第２のアームが前記第１のアーム上を平行に摺動可能であるとともに、前記固定部材が前記第２のアーム上を摺動可能であるように構成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３】
前記供給ノズル（１２）は複数でかつ所定の間隔で一列に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の塗布膜形成装置。
【請求項４】
前記圧力可変手段（１９）は、前記固定部材が前記ステージの回転中心Ｐに近づくにつれて、前記加圧気体の圧力を減少させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の塗布膜形成装置。
【請求項５】
前記固定部材（２０）が前記ステージの回転中心Ｐに近づくにつれて、前記ステージの回転速度、前記アームの移動速度の少なくとも一方又は両方を加速させるための制御手段（２２）を更に備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の塗布膜形成装置。
【請求項６】
基板Ｓの上面に塗布液を吐出して塗布膜を形成する塗布膜形成方法であって、
供給ノズル（１２）から、前記基板上に前記塗布液を吐出させながら、前記供給ノズルを固定するための固定部材（２０）を第１のアーム（１３）及び第２のアーム（１４）により前記基板を載置したステージ（１０）上で移動させて前記ステージの周縁部から前記ステージの回転中心Ｐに向かって直線的に移動させると同時に前記ステージを水平回転させ、前記供給ノズルと前記ステージとの間に相対的なスクロール動作をさせることを特徴とする塗布膜形成方法。
【請求項７】
前記ステージ（１０）の周縁部から前記ステージの回転中心Ｐに向かって、前記固定部材（２０）を加速的に移動させることを特徴とする請求項５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、フォトレジストなど比較的粘性のある塗布液を基板上に均一に塗布する塗布膜形成装置及び塗布膜形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
塗布膜形成装置は、塗布液を吐出するための供給ノズルの動作の仕方によっていくつかの方式に分類される。その一つとして、水平回転するステージ上に基板を載置して、基板を回転させながら供給ノズルを基板上で移動させ、基板と供給ノズルとを相対的なスクロール動作をさせることによって、渦巻き状の軌跡を描いて塗布する方式（本明細書ではこの方式を、「スクロール方式」と呼ぶことにする。）が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
スクロール方式の塗布膜形成装置において、回転する基板の上を移動する供給ノズルは、スイングアームと呼ばれる、通常、一軸で固定されたアームに取り付けられ、供給ノズルが基板の回転中心を通る円弧を描くようにして移動する構造を有するものが一般的である。
【０００４】
他の方式として、基板を静止させた状態で、塗布液を吐出するための供給ノズルを直線的に往復運動させながら順送りに移動させる方式（本明細書ではこの方式を、「インターレーススキャン方式」と呼ぶことにする。）が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１１３２１７号公報
【特許文献２】特開２００４−０１４８８９号公報
【特許文献３】特開２００３−２７２９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のスクロール方式で用いられる供給ノズルの移動手段は、供給ノズルを基板上の任意の場所に移動させるためには、基板を回転運動させることと、アームを円弧運動させることとの両方の動作が常に必要であった。このため、従来のスクロール方式は、供給ノズルを基板上の所望の位置に移動させるための微調整が難しかった。
【０００７】
しかも、スクロール方式の塗布膜形成装置は、1本の長いアームが一つの軸に固定されて円弧運動するため、アームが長くなるほどアームを支持する回転軸に負担がかかりやすいという構造上の問題があった。そのため、装置が大型化するほど機械的強度を十分に担保することが難しく、ノズルアームの先端に取り付けられた供給ノズルと基板との距離を一定に保つことが困難であり、そのためいわゆる「塗布ムラ」が生じやすく、均一な膜厚で塗布することが難しかった。
【０００８】
一方、インターレース方式の場合、折り返し点付近でノズルの移動速度が遅くなるため、折り返し点付近で塗布液が過剰に供給される。したがって、基板の端部で膜厚が大きくなりやすく、裏面への回り込みが問題となる場合もある。この問題は、基板サイズが大型化するほど、深刻になる。なお、基板よりも広い範囲をインターレーススキャンすることにより、折り返し点を基板の外側にすれば、塗布液の供給量は安定し、膜厚の均一化が図れるが、そうすると塗布液を無駄に消費することになる。また、折り返し点付近で供給ノズルからの吐出量を調整するという方法も考えられるが、折り返し点の度ごとに塗布量を正確に制御して均一な膜厚を得ることは難しい。
【０００９】
さらに、いずれの方式を採用するにせよ、基板サイズが大型化するにつれて、塗布するために必要な時間が長くなるため、塗布を開始してから塗布が完了するまでの間に最初に塗布した塗布液が乾燥し始めるという問題が生じやすい。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、機械的強度に優れ、塗布ムラを最小限に抑えながら塗布時間を短縮する、新規な塗布膜形成装置及び塗布膜形成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】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、本発明に係る塗布膜形成装置は、基板Ｓを載置して水平回転するステージ１０と、加圧気体の圧力によって塗布液を前記基板上に吐出する複数の供給ノズル１２及び前記供給ノズルを固定するための固定部材２０と、前記ステージ上で、独立した２軸に沿って前記固定部材２０を前記ステージ上の任意の位置に水平移動させる第１のアーム１３及び第２のアーム１４と、前記加圧気体の圧力を変化させる圧力可変手段１９とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
上記構成では、第１及び第２のアームが供給ノズルを固定するための固定部材をステージ上の任意の位置に移動させことができる。したがって、塗布時にステージを回転させながら又は静止した状態で、供給ノズルを任意の軌跡で移動させることができるため、塗布パターンの自由度が向上する。
【００１３】
上記構成において、前記第１のアーム１３及び第２のアーム１４は、前記ステージ１０上に配置されたレール状の摺動部材であり、前記第２のアームが前記第１のアーム上を平行に摺動可能であるとともに、前記固定部材が前記第２のアーム上を摺動可能であるように構成されていることが好ましい。
【００１４】
このような構成によると、前記第２のアーム及び前記固定部材を摺動させることで、ステージ上の任意の位置に供給ノズルを移動させることができる。例えば、基板を回転させながら供給ノズルをステージの周縁部からステージの回転中心に向かって直線的に移動させることで、渦巻き状の軌跡を描くように塗布液を吐出させることができる。
【００１５】
上記構成において、供給ノズル１２は複数でかつ所定の間隔で一列に配置されていることが好ましい。
【００１６】
このように、複数の供給ノズルが一列に配列されていると、固定部材に回転機構を設けなくても、供給ノズルの移動方向によって、吐出幅を変化させることができる。例えば、供給ノズルの配列方向と平行にステージの周縁部から中心部へ直線的に移動させると、基板の回転によってノズル間隔とほぼ等しい間隔で塗布軌跡が描かれる。逆に、供給ノズルの配列方向と垂直にステージの周縁部から中心部へ直線的に移動させると、基板の回転によって塗布軌跡は一本の線として描かれる。
【００１７】
上記構成において、前記圧力可変手段１９は、前記固定部材が前記ステージの回転中心Ｐに近づくにつれて、前記加圧気体の圧力を減少させることが好ましい。
【００１８】
このように、ステージの回転速度やアームの移動速度を加速させることにより、ステージの回転中心Ｐ付近で塗布液が過剰に供給されることを防止でき、したがって、基板全体に均一な塗布膜を形成することができる。
【００１９】
上記構成において、前記固定部材２０が前記ステージの回転中心Ｐに近づくにつれて、前記ステージの回転速度、前記アームの移動速度の少なくとも一方又は両方を加速させるための制御手段２２を更に備えていてもよい。
【００２０】
本発明に係る塗布膜形成方法は、基板Ｓの上面に塗布液を吐出して塗布膜を形成する塗布膜形成方法であって、
供給ノズル１２から、前記基板上に前記塗布液を吐出させながら、前記供給ノズルを固定するための固定部材２０を第１のアーム１３及び第２のアーム１４により前記基板を載置したステージ１０上で移動させて前記ステージの周縁部から前記ステージの回転中心Ｐに向かって直線的に移動させると同時に前記ステージを水平回転させ、前記供給ノズルと前記ステージとの間に相対的なスクロール動作をさせることを特徴とする。
【００２１】
このような構成によると、ステージ上の任意の位置に供給ノズルを移動させることができるため、基板に対する吐出量の調整を高精度に行うことができるようになる。
【００２２】
本発明に係る塗布膜形成方法では、特に、前記ステージ（１０）の周縁部から前記ステージの回転中心Ｐに向かって、前記固定部材（２０）を加速的に移動させることが好ましい。
【００２３】
このような構成によると、短時間に塗布を完了させることができるとともに、ステージの回転中心付近で塗布液が過剰に供給されることを防止することができる。また、ステージの回転速度を加速させてもよい。
【００２４】
本発明に係る塗布膜形成方法では、特に、供給ノズル１２が複数でかつ所定の間隔で一列に配置されている場合には、前記固定部材の移動方向によって吐出幅を変化させることができる。
【００２５】
なお、供給ノズルと基板の相対的なスクロール動作をする方向は、理論的には、回転中心Ｐから基板の周縁部に向かって移動させることも考えられるが、塗布液の粘度は比較的大きいため、遠心力により塗布ムラができる心配は殆ど無く、吐出量の制御は主に圧力可変手段と移動方向による塗布軌跡の間隔の制御とにより行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る塗布膜形成装置及び方法によると、大型基板に対して極めて短時間に塗布膜を形成することができる、また、ステージ中心部に塗布液が過剰に供給されることを防止して均一な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】
【００２７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る塗布膜形成装置を模式的に表した平面図であり、図２（ａ）は、図１の正面図、（ｂ）は図１の側面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る塗布膜形成装置の制御部の概念図である。
【００２８】
図１及び図２に示すように、この装置は、基板Ｓを載置して回転する円盤状のステージ１０の上部に塗布液を吐出するための供給ノズル１２と、供給ノズルを移動させるためのアーム（第１のアーム１３及び第２のアーム１４）を有している。供給ノズル１２は複数でかつ所定の間隔で一列に配置され、固定部材２０に固定されている。
【００２９】
第１及び第２のアーム１３，１４は、ステージ１０上に直角をなすように配置されたレール状の摺動部材であり、１本の第２のアーム１４が２本の第１のアーム１３上を平行に摺動可能であるとともに、固定部材２０が第２のアーム１４上を摺動可能であるように構成されている。このように、独立した２軸（すなわち、Ｘ−Ｙ軸）によって描かれる水平面上をＸ方向及びＹ方向に摺動することにより、第１のアーム１３及び第２のアーム１４の摺動範囲内で、２次元平面上（Ｘ−Ｙ平面上）の任意の位置に供給ノズル１２を移動させることができる。
【００３０】
図３に示すように、塗布液を封入したタンク１８が圧力可変手段１９によって加圧されることにより、塗布液が供給ノズル１２に導かれる。圧力可変手段１９は、加圧気体の圧力を可変させるための装置であり、圧力を減少させると供給ノズル１２から吐出される塗布液の吐出量は少なくなり、加圧気体の圧力を増大させると吐出量は多くなる。
【００３１】
制御装置２２は、ＣＰＵ２２ａとメモリー２２ｂとインターフェース２２ｃ等が内部バスにより接続されている。制御装置２２は、インターフェース２２ｃを介して圧力可変手段１９やステージ１０の回転機構、第１及び第２のアーム１３，１４の摺動機構等に接続され、メモリー２２ｂに記憶されたプログラムにより、ステージ１０及びアーム１３，１４の駆動装置の動作や圧力可変手段１９の圧力を制御する。なお、制御装置２２に含まれる操作部や表示部等は図示を省略している。すなわち、制御装置２２に与えるプログラムによって、任意の塗布パターンを得ることができる。
【００３２】
本発明の第１の実施形態に係る塗布膜形成装置は、図１及び図２に示すように、アームがいわゆる「門型構造」であるため、機械的強度に優れている。したがって、構造上、ノズル１２と基板Ｓとの距離を一定に保持し易いため、高精度に定量的な吐出が可能となる。さらに、基板Ｓを静止させた状態で供給ノズル１２を基板Ｓ上の任意の位置に容易に移動させることができるため、塗布後に局所的に追加的な塗布が必要となった場合でも、任意の位置に塗布することができる。
【００３３】
なお、ステージ１０を静止させた状態で、供給ノズル１２を基板Ｓ上でインターレーススキャン方式のように順送りに往復直線動作させることも理論的には可能であるが、大型基板に均一に塗布するためには、基板Ｓを回転させることが好ましく、その動作はステージ１０の周縁部からステージ１０の回転中心Ｐに向かって直線的に移動させることが好ましい。
【００３４】
（第２の実施形態）
この実施形態では、第１の実施形態に係る塗布膜形成装置を用いた塗布膜形成方法、具体的には、好ましい塗布動作のパターンについて説明する。
【００３５】
図４は、供給ノズル１２から吐出された塗布液の軌跡の一部を図示したものである。図中に破線で示した上向きの矢印は、ステージＳの回転方向（すなわち固定部材２０からみたステージＳの相対的な移動方向）を示している。
【００３６】
基板Ｓを回転させながら、ステージ１０の周縁部から回転中心Ｐに向かって直線的に固定部材２０を移動すると、各ノズルから吐出された塗布液のそれぞれが基板上に渦巻き状の塗布軌跡を描きながら、塗布される。
【００３７】
図５は、固定部材２０の移動パターンの説明図である。この図に示すように、供給ノズル１２から塗布液を吐出させながら、Ａの位置から回転中心Ｐに向かって固定部材２０を移動すると、図５に示すように、ノズル間隔ｄと同じ間隔で基板上に塗布液が塗布される。Ｂの位置から回転中心Ｐに向かって固定部材２０を移動すると、ノズル間隔ｄよりも少し狭い間隔で基板上に塗布液が塗布される。同様に、Ｃの位置から移動すると、間隔は更に狭くなり、Ｄの位置から移動すると、接線方向と平行にノズルが並ぶため全てのノズルから吐出された塗布液が同一の軌跡、すなわち基板の回転によって塗布液の軌跡は一本の線になる。
【００３８】
このように、複数の供給ノズル１２が一列に配列されていると、固定部材２０に回転機構を設けなくても、供給ノズル１２の移動方向によって、塗布軌跡の間隔を変化させることができる。
【００３９】
なお、固定部材２０がステージ１０の周縁部から回転中心Ｐに近づくほど、塗布すべき領域は狭くなるので、圧力可変手段を制御して、基板全体に均一な塗布膜を形成することが好ましい。具体的には、固定部材がステージ１０の回転中心Ｐに近づくにつれて、加圧気体の圧力を減少させるように制御し、中心部付近ほど塗布量が少なくなるようにすることが好ましい。
【００４０】
また、固定部材２０がステージ１０の回転中心Ｐに近づくにつれて、ステージ１０の回転速度、固定部材の移動速度の少なくとも一方又は両方を加速させるための制御手段を更に備えていてもよい。
【００４１】
ステージの回転速度やアームの移動速度を加速させることにより、ステージの回転中心付近で塗布液が過剰に供給されることを防止でき、したがって、基板全体に均一な塗布膜を形成することができる。
【００４２】
なお、アームの移動速度の加速と、ステージ１０の回転速度の加速とは、いずれか一方のみ行ってもよいが、両者を連動して加速することにより塗布時間が飛躍的に短縮され、一層の効果を奏する。また、加速は段階的に行っても連続的に行ってもよい。
【００４３】
また、必要により、アームによる塗布後にステージＳを高速回転させることで、膜厚の均一性を一層向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は極めて大型の基板に対しても短時間に基板全体に均一な塗布膜を形成することができる新しい塗布技術を提供するものであり、産業上の利用可能性は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る塗布膜形成装置を模式的に表した平面図である。
【図２】（ａ）は、図１の正面図、（ｂ）は図１の側面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る塗布膜形成装置の制御部の概念図である。
【図４】供給ノズル１２から吐出された塗布液の軌跡の一部を図示したものである。
【図５】固定部材２０の移動パターンの説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ステージ
１２  供給ノズル
１３  第１のアーム
１４  第２のアーム
１８  タンク
１９  圧力可変手段
２０  固定部材
２１  回転機構
２２  制御手段
２２ａ  ＣＰＵ
２２ｂ  メモリー
２２ｃ  インターフェース
Ｐ  ステージ１０の回転中心
【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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