JPH09122560A - 回転式塗布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板表面の汚染を防止しつつ、基板表面に塗
布むらを生じさせることなく均一な塗布膜を形成するこ
とができる回転式塗布装置を提供することである。 【解決手段】 カップ２の側壁にノズル７を配置する。
ノズル７は、カップ２の内側に空気８を吹き出し、基板
１００の周縁部上を旋回する旋回気流を生じさせる。カ
ップ２の上方から供給されたミスト除去用の空気流６
は、旋回気流の作用を受け、基板１００の回転方向に追
随しながら基板１００の中心から周縁部側へ向かって流
動し、排気管２ａから外方へ排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板を回転させつ
つ基板上に塗布液を塗り広げる回転式塗布装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ等の基板の表面に例えばレ
ジスト等の感光液を塗布するために、従来より回転式塗
布装置が用いられている。図６は、従来の回転式塗布装
置の一例を示す概略構成図である。図６において、回転
式塗布装置２１は、中空のカップ２２を備えている。カ
ップ２２の内部には、基板１００を吸引して保持するた
めの基板載置台２３が設けられている。基板載置台２３
は、回転軸２４を介してモータ２５に接続されており、
モータ２５の回転力を受けて回転駆動される。

【０００３】また、カップ２２の上面側には、清浄な空
気流２６をカップ２２内に導入するための開口部が設け
られており、下面側には、カップ２２内に導入された空
気流を排出するための排気管２２ａが設けられている。
さらに、カップ２２の下面側には、飛散した塗布液を排
出するためのドレイン管２２ｂが設けられている。

【０００４】図６に示す回転式塗布装置においては、基
板載置台２３に吸引保持された基板１００がモータ２５
により回転され、基板１００の上方に配置されたノズル
（図示省略）から基板１００の中心部に吐出された塗布
液が基板１００の回転に伴う遠心力を受けて基板１００
の中心部から周縁部に向かって乾燥しながら塗り広げら
れる。このような動作により、基板１００表面には、基
板の回転数および塗布液の粘度に応じた厚さの薄膜が形
成される。

【０００５】この塗布工程において、余分な塗布液は基
板１００の周縁部から飛散し、カップ２２内にミスト
（霧）として浮遊する。このミストが基板１００の表面
に再付着すると塗布面が汚染される。したがって、これ
を防止するために、清浄な空気流２６がカップ２２の開
口部から基板１００の表面に向かって供給されている。
基板１００の表面に向かって供給された清浄な空気流２
６は、基板１００の表面に沿って中心部から周縁部側に
向かって流動し、さらにカップ２２の排気管２２ａ側に
導かれて排出される。

【０００６】このような空気流２６を生じさせることに
よって、ミストを外部へ排出し、基板１００の表面上を
清浄な状態に保持しつつ塗布膜の形成が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、生産効率を向上
させるために基板が大径化してきている。基板を同一の
回転数で回転させた場合、基板の外径が大きくなるほど
基板の周速度が速くなる。例えば外径１２インチの基板
を２５００〜３０００ｒｐｍで回転させた場合の周速度
は、外径８インチの基板を同じ回転数で回転させた場合
の約２．３倍となる。その結果、基板の周速度の増大に
より、基板上の塗布膜に塗布むらが生じることが問題と
なってきた。この塗布むらは以下のような作用によって
発生する。

【０００８】図７は、基板１００の表面上を流動する空
気の流れを説明するための平面図である。図７に示すよ
うに、基板１００の表面に吹き出された清浄な空気流２
６は、基板１００の回転に伴う旋回力と遠心力を受ける
ことによって基板１００の表面上を中央部から周縁部に
弧を描きながら進行し、さらに基板１００の周縁部から
下向きに転向し、排気管２２ａ側へと流動する。

【０００９】基板１００の表面上において、清浄な空気
流２６は、基板１００との境界面における粘性力の影響
により基板１００の回転方向に引きずられ、周方向の速
度成分Ｖ_P を生じる。この場合、基板１００は、例えば
２０００〜５０００ｒｐｍの高速で回転するために、基
板上の空気流２６は基板１００の回転に完全に追随する
ことができず、空気流２６の速度成分Ｖ_P は、同じ位置
における基板１００の周方向の速度Ｖ_B に比べて小さい
ものとなる。したがって、基板１００と空気流２６との
間に大きな相対速度が生じる。

【００１０】基板１００と空気流２６との相対速度は基
板１００の周縁部側に向かって増大する。この空気流２
６と基板１００との間の相対速度が大きくなると、空気
流２６は基板１００上に乾燥しながら塗り広げられる塗
布液の表面に強い風となって作用し、基板１００上の塗
布液の膜厚分布に、いわゆる風切り跡という塗布むらを
生じさせる。

【００１１】図８は検査ランプを用いて検出された１２
インチの基板１００の塗布むらを示す図であり、
（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は基板１００をそれぞれ２
０００ｒｐｍ、２１００ｒｐｍおよび２４００ｒｐｍで
回転させた場合を示す図である。

【００１２】図８（ａ）に示すように、回転数が２００
０ｒｐｍのときには塗布むらは発生しないが、回転数が
２１００ｒｐｍになると弱い塗布むら２７が発生し、回
転数が２４００ｒｐｍになると、基板１００の周縁部に
強い塗布むら２８が発生している。

【００１３】このように、基板１００の回転数が高くな
るほど塗布むらが発生しやすくなる。従って、塗布液を
低粘度化して基板１００の回転速度を低下させることに
より塗布むらの発生を防止することができる。

【００１４】しかしながら、基板１００の回転速度を低
下させると、回転塗布の遠心力が低下し、膜厚分布の均
一性が低下するとともに、諸条件の変動に対して安定な
膜形成が困難になるという問題が生じる。加えて、基板
１００の回転速度が低下すると、基板１００上方の空気
流に対する遠心力の作用が弱くなり、塗布液のミストな
どのパーティクル（粒子）が基板１００の表面に付着し
やすくなるという問題も生じる。

【００１５】一方、塗布むらを防止する他の方法とし
て、基板上部に回転円板を設ける方法（特開昭６１−４
５７３号、特開平４−１２２４６９号、実開平４−１３
０４３０号公報等）や、カップ自体を密閉して回転する
方法（特公昭５７−４８９８０号、特開平５−２００３
４９号等）が提案されている。

【００１６】これらの方法はいずれも基板上部の空気流
を遮断して空気流による塗布むらを防止するものであ
る。このため、基板に清浄な空気流の供給を行うことが
できず、塗布液のミストなどのパーティクルの付着を防
止することができないという別の問題が生じる。特に、
回転停止時にはパーティクルを含んだ気流が逆に基板上
に入り込むおそれがある。また、回転中の塗布液の乾燥
が抑制されるので、別に乾燥処理が必要になるという問
題も生じる。

【００１７】本発明の目的は、基板表面の汚染を防止し
つつ基板表面に塗布むらを生じさせることなく均一な塗
布膜を形成することができる回転式塗布装置を提供する
ことである。

【００１８】

【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係る回転式塗布装置は、基板を回転させることに
よって塗布液を基板表面に塗り広げる回転式塗布装置に
おいて、基板の回転方向と同じ方向に基板の周縁部上を
旋回する旋回気流を生じさせるように気体を吹き出す気
体吹き出し手段を備えたものである。

【００１９】第２の発明に係る回転式塗布装置は、第１
の発明に係る回転式塗布装置の構成において、少なくと
も基板の周囲を取り囲む壁面を有する壁面体をさらに備
えており、気体吹き出し手段が、壁面体の内側に気体吹
き出し口が配置されたノズルを備えたものである。

【００２０】第１および第２の発明に係る回転式塗布装
置では、通常、塗布液のミストを外部へ除去するための
空気流を基板の表面に向けて供給しつつ回転塗布が行わ
れる。同時に、気体吹き出し手段は、気体を吹き出して
基板の周縁部上を旋回する旋回気流を生じさせる。この
旋回気流により、ミスト除去のための空気流は、基板の
中心側から周縁部側に進むに従って旋回気流の影響を受
け、基板の回転方向に追随するように流動する。

【００２１】このため、空気流と基板との相対速度が減
少される。その結果、基板と空気流の相対速度に起因す
る塗布液の塗布むらの発生が防止される。このような動
作により、基板の表面上には、ミストによる汚染を生じ
ることなく膜厚が均一で清浄な塗布膜が形成される。

【００２２】特に、第２の発明に係る回転式塗布装置に
おいては、気体吹き出し手段がノズルにより構成されて
いる。そして、ノズルの吹き出し口は壁面体の内側に配
置されている。したがって、ノズルの気体吹き出し口の
方向や形状を適宜設定することにより、基板の周縁部上
の旋回気流の強さや方向を調整することができる。それ
ゆえ、基板と空気流の相対速度を効率よく低減させるこ
とによって、塗布液の塗布むらの発生を防止することが
できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例におけ
る回転式塗布装置の概略構成図であり、図２は、その平
面構成図である。

【００２４】図１および図２において、回転式塗布装置
１は、中空のカップ２を備えている。カップ２の上面に
は、清浄な空気流６を受け入れるための開口部２ｃが形
成されている。また、カップ２の下面側には、カップ２
内に導入された空気流６を排出するための排気管２ａ
と、基板１００の表面から飛散した塗布液を排出するた
めのドレイン管２ｂが設けられている。

【００２５】カップ２の内部には、基板１００を吸引し
て保持する基板載置台３が設けられている。この基板載
置台３は、回転軸４を介してモータ５に接続されてお
り、モータ５の回転力により回転駆動される。また、基
板載置台３の中央の上方には、基板１００の表面にレジ
スト等の塗布液を吐出するための塗布液吐出ノズル（図
示省略）が配設されている。

【００２６】カップ２の側壁面には、空気を吹き出すた
めの複数のノズル７が設けられている。図示の例では、
４つのノズル７がカップ２の側壁の周方向に沿って均等
に配置されている。ノズル７は、その吹き出し口から吹
き出された空気が真っ直ぐに、あるいは若干の広がりを
もって進むような直進ノズルから構成されている。ノズ
ル７には空気を供給する装置（図示省略）が接続されて
いる。このノズル７から吹き出される空気８は、カップ
２の上方から供給される清浄な空気流６と同じ清浄な空
気である。

【００２７】これらのノズル７は、基板１００の外周部
に沿って旋回する清浄な空気の旋回気流９を生じさせる
ために設けられている。しかも、旋回気流９は基板１０
０の周縁部上を基板１００と同じ回転方向に螺旋状に旋
回するように発生させられなければならない。そのた
め、ノズル７は、以下のような条件を満たすように壁面
に固定されている。

【００２８】すなわち、まず図１において、ノズル７の
鉛直方向における空気の吹き出し方向は、基板１００の
表面の上方側から基板１００の回転中心に傾斜角αをも
って交わるように配置される。直進ノズルからなるノズ
ル７から吹き出される空気は、若干の広がり成分をもっ
て基板１００側に向かって進行する。このため、もし基
板１００の表面とノズル７の吹き出し方向とを平行に配
置すれば、吹き出し空気が鉛直上方側に進行する成分を
生じる。この成分は、カップ２の開口部２ｃから供給さ
れる空気流６の下降を妨げるように作用することになり
好ましくない。したがって、ノズル７を基板１００の表
面に対して傾斜角αをもって交わるように配置してい
る。一例として、ノズル７は、基板１００の表面の鉛直
上方側の２０〜５０ｍｍ離れた位置に吹き出し口を設
け、かつ傾斜角αが１０〜３０°となるように配置され
る。

【００２９】また、図２に示すように、ノズル７の水平
面内における気体吹き出し方向は、基板１００の回転中
心に対して傾斜角θの方向となるように設置される。ノ
ズル７から吹き出される空気８は、基板１００の周縁部
上に旋回気流９を生じさせればよく、このためには、吹
き出した空気８が直接基板１００の周縁部上を流動する
必要は必ずしもない。しかし、基板１００の周縁部上に
直接吹き出したとしても吹き出し空気８の作用によって
塗布むらが生じないならば、基板１００の周縁部上に直
接吹き出すような方向に設定してもよい。一例として、
この傾斜角θは４０〜８０°に設定される。

【００３０】さらに、このノズル７の本数は、図示の４
本の場合に限定されるものではなく、所望の旋回気流９
が生じ得るように適宜設定すればよい。また、ノズル７
の吹き出し口は、カップ２の内壁面近傍に配置するのみ
ならず、カップ２の内部に突出した位置に配置されても
よい。さらに、ノズル７の吹き出し方向やノズル吹き出
し口の位置を基板１００の外径に応じて適宜調整できる
ように構成してもよい。

【００３１】次に、上記構成を有する回転式塗布装置の
動作について説明する。図３は、回転式塗布装置の各処
理工程における基板１００の回転数パターンを示した図
である。

【００３２】図１〜図３において、基板１００は、まず
基板載置台３の表面に真空吸着されて保持される。カッ
プ２の開口部２ｃの上方からは清浄な空気流６が基板１
００の表面に対して鉛直下向きに供給される。さらに、
ノズル７からカップ２の内側に空気８が吹き出される。

【００３３】次に、吐出工程Ｔ１において、基板載置台
３とともに低速で回転を開始した基板１００の表面上に
塗布液吐出ノズルから塗布液が滴下される。さらに、塗
り広げ工程Ｔ２において、基板１００が高速で回転され
る。このため、滴下された塗布液は、遠心力を受けて基
板１００の中心から周縁部側に向かって塗り広げられ
る。

【００３４】さらに、リンス工程Ｔ３では、基板１００
の回転数が減少され、基板１００の端面あるいは裏面に
リンス液が供給されてリンス処理が行われる。さらに、
乾燥工程Ｔ４において、基板１００を再度高速回転させ
ることによってリンス液を飛散させ、乾燥させる。以上
の工程を経て、基板１００の表面に均一な塗布液の薄膜
が形成される。

【００３５】ここで、上記の塗り広げ工程Ｔ２の空気流
の状態について説明する。図４は、この工程における基
板１００の表面上の空気流６の状態を模式的に示した平
面図である。図４において、カップ２の上方から供給さ
れるミスト除去のための空気流は、ノズル７からの空気
の吹き出しを行わない場合には、基板１００の表面から
遠心力と旋回力の作用のみを受ける。このため、空気流
６ａは図中点線で示すように、基板１００の中心側から
周縁部側に向かうに伴って基板１００の回転方向に僅か
に引きずられるように移動し、その後鉛直下方の排気管
側へ導かれる。このような流動状態では、従来の場合と
同様に、空気流６ａと基板１００の回転速度の速度差は
非常に大きいものとなり、塗布むらが生じる。しかし、
本実施例では、ノズル７から空気８を吹き出すことによ
り、基板１００の周縁部上に旋回気流９を発生させてい
る。旋回気流９は、カップ２の上方から供給された空気
流を基板１００の回転方向に付勢する。このため、空気
流６ｂは、図中の実線で示すように、基板１００の周縁
部側において基板１００の回転方向に強く押し出され、
空気流６ｂと基板１００の周方向における速度差が極め
て小さくなる。この結果、両者の速度差に起因する塗布
むらの発生が防止される。なお、旋回気流９の強さは、
ノズル７から吹き出される空気８の吹き出し速度により
適宜調整することができる。例えば、空気８の吹き出し
速度は１０〜５０ｍ／ｓｅｃ程度に調整される。

【００３６】なお、ノズル７からの空気８の吹き出し
は、塗布液の吐出工程Ｔ１の開始前から開始し、リンス
工程Ｔ３の初期に停止させる。これは、リンス工程Ｔ３
における基板１００の低速回転時にパーティクルの巻き
上げを可能な限り防止するためである。

【００３７】また、本発明による回転式塗布装置では、
上記実施例のノズル７に代えて、図５に示すスリット型
ノズルを用いることもできる。このノズル１０は、吹き
出した空気１１の断面が鉛直方向に細長く伸びるように
縦向きに配置される。さらに、吹き出した空気１１が鉛
直上方に向かう成分を生じないように空気１１の吹き出
し方向が調整されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における回転式塗布装置
の概略構成図である。

【図２】図１に示す回転式塗布装置の平面構成図であ
る。

【図３】各塗布処理工程における基板の回転数パターン
を例示する図である。

【図４】回転塗布工程における空気流の状態を説明する
ための説明図である。

【図５】ノズルの他の例を示す概略構成図である。

【図６】従来の回転式塗布装置の概略構成図である。

【図７】基板の表面上の空気の流れを説明するための平
面図である。

【図８】基板表面に生じた塗布むらを示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１ 回転式塗布装置 ２ カップ ３ 基板載置台 ４ 回転軸 ５ モータ ６ 空気流 ７ ノズル ８，１１ 空気（ノズル吹き出し） １０ スリット型ノズル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を回転させることによって塗布液を
   前記基板表面に塗り広げる回転式塗布装置において、 前記基板の回転方向と同じ方向に前記基板の周縁部上を
   旋回する旋回気流を生じさせるように気体を吹き出す気
   体吹き出し手段を備えたことを特徴とする回転式塗布装
   置。
2. 【請求項２】 少なくとも前記基板の周囲を取り囲む壁
   面を有する壁面体をさらに備え、 前記気体吹き出し手段は、前記壁面体の内側に気体吹き
   出し口が配置されたノズルを備えたことを特徴とする請
   求項１記載の回転式塗布装置。