JP3315608B2

JP3315608B2 - 塗布液塗布方法

Info

Publication number: JP3315608B2
Application number: JP30880296A
Authority: JP
Inventors: 雅和真田; 実信松永
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 2002-08-19
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: KR19980041854A; KR100257282B1; US5976620A; JPH10146561A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ、フ
ォトマスク用のガラス基板、液晶表示装置用のガラス基
板、光ディスク用の基板など（以下、単に基板と称す
る）に対して、SOG(Spin On Glass,シリカ系被膜形成材
とも呼ばれる) 液、フォトレジスト液、ポリイミド樹脂
などの塗布液を塗布する塗布液塗布方法に係り、特に基
板の表面に塗布液を供給して所望膜厚の塗布被膜を形成
する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の塗布液塗布方法について
図７を参照して説明する。図７は、回転式基板塗布装置
の要部を示す図である。この装置は、基板Ｗをほぼ水平
姿勢で吸着支持して回転させる吸引式スピンチャック１
０と、そのほぼ回転中心の上方に、塗布液であるフォト
レジスト液Ｒを基板Ｗの表面に供給するための吐出ノズ
ル３０とを備えている。

【０００３】上記のように構成された装置を利用する従
来例に係るフォトレジスト液塗布方法では、例えば、図
８のタイムチャートに示すように回転数制御を行って基
板Ｗの表面に所望膜厚のフォトレジスト被膜を形成する
ようになっている。

【０００４】すなわち、まず、吸引式スピンチャック１
０を図示しないモータによって回転駆動して、基板Ｗを
所定の回転数Ｒ１（例えば９００ｒｐｍ）で回転させ
る。その回転が安定した時点ｔ_Sで、吐出ノズル３０か
らほぼ一定の流量でフォトレジスト液Ｒを吐出させ始
め、基板Ｗの回転中心付近にフォトレジスト液Ｒを供給
し続ける。そしてフォトレジスト液Ｒの供給開始時点ｔ
_Sから所定時間が経過した時点ｔ_Eでフォトレジスト液
Ｒの供給を停止する。なお、この供給停止時点ｔ_Eで、
フォトレジスト液Ｒにより基板Ｗのほぼ表面全体が覆わ
れるようにフォトレジスト液Ｒの供給量などが設定され
る。その後、吸引式スピンチャック１０の回転数を、現
在の回転数Ｒ１よりも高い回転数Ｒ２（例えば３，００
０ｒｐｍ）に上げて所定時間これを保持することによ
り、基板Ｗの表面に供給された余剰のフォトレジスト液
Ｒを振り切り、基板Ｗの表面に所望する膜厚のフォトレ
ジスト被膜を形成するようになっている。フォトレジス
ト被膜の膜厚を調整するには、図８中に点線で示すよう
に、主として回転数Ｒ２を低くして厚い膜厚の被膜を形
成したり、回転数Ｒ２を高くして薄い膜厚の被膜を形成
するようになっている。なお、このように基板Ｗを回転
させた状態でフォトレジスト液Ｒの供給を開始し、その
状態で供給を停止するフォトレジスト液の供給方法を
『ダイナミック法』と呼ぶことにする。

【０００５】また、上述したようにダイナミック法によ
る供給方法の他、図８中に括弧書きで示すように、基板
Ｗを静止させた状態の（ｔ_S）時点でフォトレジスト液
を供給開始し、基板Ｗを回転させた後にその供給を停止
するフォトレジスト液の供給方法を採る場合もある。な
お、このような供給方法は、基板Ｗを静止させた状態で
フォトレジスト液の供給を開始し、その状態でフォトレ
ジスト液の供給を停止する供給方法（以下、これをスタ
ティック法と呼ぶ）と上述したダイナミック法とを組み
合わせたような供給方法であることから、本明細書中で
はこの供給方法を『スタミック法』と呼ぶことにする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来例に係るフォトレジスト液塗布方法には次
のような問題点がある。なお、以下、『ダイナミック
法』による供給方法を例に説明するが『スタミック法』
であっても同様の問題点がある。図８中のｔ_S時点でフ
ォトレジスト液Ｒを供給開始した時点では、基板Ｗの中
心付近に供給されたフォトレジスト液Ｒが平面視ほぼ円
形状を保ったまま、回転数Ｒ１の遠心力により同心円状
にその径を拡大してゆく。しかしながら、その後、基板
Ｗの回転中心付近に供給されたフォトレジスト液Ｒが半
径方向に均等に拡がらず、図９に示すように、基板Ｗの
回転中心付近に存在するフォトレジスト液Ｒの円形状の
塊Ｒ_a（以下、これをコアＲ_aと称する）から、基板Ｗ
の周縁部に向かって多数の細長いフォトレジスト液Ｒの
流れＲ_b（以下、これをヒゲＲ_bと称する）が延び始め
る。

【０００７】このような状態で引き続きフォトレジスト
液Ｒが供給されると、まずヒゲＲ_bが延びて基板Ｗの周
縁部に到達する。なおもフォトレジスト液Ｒが供給され
ると、コアＲ_aの径が拡大するとともに、各ヒゲＲ_bの
各々の幅が拡大して多数のヒゲＲ_b同士の間の未塗布領
域がフォトレジスト液Ｒにより埋められてゆき、ついに
は基板Ｗの表面全体がフォトレジスト液Ｒによって覆わ
れる。

【０００８】回転数Ｒ１の過程では、以上のようなフォ
トレジスト液Ｒの挙動により基板Ｗの表面全体が覆われ
るが、そのときヒゲＲ_bが基板Ｗの周縁部に到達する
と、それ以降、基板Ｗ上のフォトレジスト液Ｒの多くは
ヒゲＲ_bを通して基板Ｗの周辺に放出・飛散することに
なる。そのため、基板Ｗの表面全体をフォトレジスト液
Ｒで覆うためには、ヒゲＲ_bを通して周囲に飛散するフ
ォトレジスト液Ｒの量を予め見込んでおき、その分多め
にフォトレジスト液Ｒを供給しなければならない。これ
はフォトレジスト液Ｒの供給量が少ないと、各ヒゲＲ_b
間の未塗布領域がフォトレジスト液Ｒにより埋まらない
ので、基板Ｗの回転数を回転数Ｒ２に切り換えても、膜
厚均一性が良好なフォトレジスト被膜を形成することが
できないからである。

【０００９】このように従来例に係るフォトレジスト液
塗布方法によれば、基板Ｗ上に均一な膜厚のフォトレジ
スト被膜を形成するためには多量のフォトレジスト液Ｒ
を供給しなければならないので、極めてフォトレジスト
液Ｒの利用効率が悪いという問題点がある。フォトレジ
スト液は、半導体デバイスの製造工程で使用される現像
液やリンス液などの処理液に比較して非常に高価である
ので、フォトレジスト液の飛散量を抑えてフォトレジス
ト液の利用効率を高めることは半導体デバイスなどの製
造コストを低減する上で非常に重要な課題である。

【００１０】加えて最近では、半導体デバイスの製造工
程で使用される半導体ウエハが、大口径化する動きがあ
りフォトレジスト液の使用量をできるだけ抑えつつも、
良好な膜厚均一性を有するフォトレジスト被膜を形成す
るという技術的課題の達成は急務になっている。例え
ば、最近では、８インチ（約２００ｍｍ）径の基板より
も更に大口径の３００ｍｍ径の基板を採用しようとする
動きがあるが、このような大口径の基板を処理する場合
には上記の問題に加えて次のような問題が生じる。

【００１１】つまり、上述した図８のタイムチャートの
如く回転数を制御して３００ｍｍ径などの大口径基板を
処理すると、その表面に形成されるフォトレジスト被膜
の膜厚均一性が大幅に低下するという問題が生じる。基
板Ｗを回転駆動してフォトレジスト被膜を形成する際に
は、基板Ｗの径が大きくなったことにより周縁部の乱流
が顕著に発生し、そのため基板Ｗの中心部から周縁部に
フォトレジスト液が拡がってゆく際に生じる溶媒の不均
一な揮発が膜厚均一性を大幅に低下させる主たる要因で
あると考えられている。

【００１２】そこで、乱流の発生を抑制して膜厚均一性
を確保するためには、基板Ｗの回転数を小さくせざるを
得ない。例えば、上記の例で説明すると、回転数Ｒ１を
従来の９００ｒｐｍから７００ｒｐｍに、上記の回転数
Ｒ２を従来の３，０００ｒｐｍから１，５００ｒｐｍに
小さくする。このように回転数Ｒ１，Ｒ２を小さくする
と、乱流を抑制できるので膜厚均一性を良好にすること
が可能である一方、当然のことながら回転駆動により振
り切られるフォトレジスト液の量が少なくなるので、形
成されるフォトレジスト被膜の膜厚が厚くなり、所望膜
厚のフォトレジスト被膜、特に薄い被膜を形成すること
が困難になっている。

【００１３】そこで、膜厚均一性を良好に保ちつつ所望
する膜厚のフォトレジスト被膜を得るために、所望膜厚
に応じてフォトレジスト液の粘度を調整することが提案
されている（例えば、０．１ｃｐ単位で調整する）。つ
まり、低粘度のフォトレジスト液を供給することで、膜
厚の薄い被膜をも形成できるようにするのである。しか
しながら、このような手法で調整可能な膜厚の範囲には
限度があるので、やはり回転数Ｒ１，Ｒ２の大きさを変
えて膜厚を調整する必要があるが、上述したように大口
径の基板には乱流に起因する膜厚不均一の問題があるの
で、従来可能であった範囲にわたって回転数Ｒ１，Ｒ２
を大きく調整することができず、その結果、膜厚均一性
を良好に保ちつつフォトレジスト被膜の膜厚を調整可能
な範囲が狭くなるという問題がある。

【００１４】なお、提案されているようにフォトレジス
ト液の粘度を変えることによって膜厚を調整する手法を
実現するためには、所望膜厚に応じた量の溶媒を一定粘
度のフォトレジスト液に混合するための溶媒混合機構が
必要なこと、あるいは種々の粘度のフォトレジスト液を
予め用意しておき、膜厚に応じて供給するフォトレジス
ト液を切り換えるフォトレジスト液切換機構が必要にな
っていずれにしても装置およびその制御が極めて複雑化
する等の問題があるので、大口径基板を処理するための
現実的な方法であるとは言い難い。

【００１５】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、回転数制御を工夫することによって塗
布液の利用効率を向上させるとともに、塗布液供給後の
高速回転時間を調整することによって、大口径の基板で
あっても膜厚均一性を良好に保ちつつも膜厚調整可能な
範囲を広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。

【００１６】

【課題を解決するための手段】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に記載の塗布液塗布方法は、基板に塗布液
を供給して所望膜厚の塗布被膜を形成する塗布液塗布方
法であって、（ａ）基板を静止させた状態若しくは供給
回転数で低速回転させた状態で前記基板の表面中心付近
に塗布液の供給を開始する過程と、（ｂ）供給された塗
布液が供給回転数によって拡がって前記基板の表面全体
を覆う前に、前記基板の回転数を供給回転数よりも高い
目標回転数に上げてゆく過程と、（ｃ）前記基板への塗
布液の供給を停止する過程と、（ｄ）前記基板を目標回
転数より低い被膜形成回転数で回転させて塗布被膜を形
成する過程とをその順で実施し、基板を目標回転数で高
速回転させる時間を調整して、前記塗布被膜の膜厚を調
整するようにしたことを特徴とするものである。

【００１７】また、請求項２に記載の塗布液塗布方法
は、請求項１に記載の塗布液塗布方法において、前記基
板を供給回転数で低速回転させた状態で塗布液の供給を
開始し、前記基板の回転数が目標回転数に到達した後で
塗布液の供給を停止するとともに、この供給停止時点を
基準として基板を目標回転数で高速回転させる時間を調
整することを特徴とするものである。

【００１８】また、請求項３に記載の塗布液塗布方法
は、請求項１に記載の塗布液塗布方法において、前記基
板を静止させた状態で塗布液の供給を開始し、前記基板
の回転数が目標回転数に到達した後で塗布液の供給を停
止するとともに、この供給停止時点を基準として目標回
転数で基板を高速回転させる時間を調整することを特徴
とするものである。

【００１９】

【作用】請求項１に記載の発明の作用は次のとおりであ
る。基板を静止させた状態若しくは供給回転数で低速回
転させた状態で基板の表面中心付近に塗布液の供給を開
始（過程（ａ））した後、供給された塗布液は供給回転
数によって拡散して基板の中心部から周縁部に向かって
拡がってゆく。その過程において、基板の中心付近にあ
る塗布液の円形状の塊（コア）から多数の細長い塗布液
の流れ（ヒゲ）が発生して、基板の周縁部に向かって延
び始める。このヒゲが基板の周縁部に到達すると、これ
らを通してコアから塗布液が飛散するため塗布液が浪費
されることになる。そこで、塗布液が基板の表面全体を
覆う前に、基板の回転数を低速の供給回転数から高速の
目標回転数へと上げて加速してゆく（過程（ｂ））。す
ると、図３の模式図に示すように、基板の中心付近にあ
るコアＲ_aから周縁部に向かって直線的に伸長してゆく
はずのヒゲＲ_b（図中の二点鎖線）に慣性力を与えるこ
とができる。したがって、遠心力と慣性力との合力によ
ってヒゲＲ_bは周方向に曲げられるようにその幅が拡大
するとともに、遠心力によってその先端部が周縁部に向
かって伸長してコアＲ_aの径も拡大する（図中の点
線）。しがたって、各ヒゲＲ_b間の未塗布領域が急速に
狭まり、塗布液が基板の表面全体を覆うまでの被覆所要
時間を短縮することができ、各ヒゲＲ_bを通して飛散す
る塗布液の量を少なくすることができる。

【００２０】上記のように供給回転数から高速の目標回
転数へ基板の回転数を上げ始めた後に、塗布液の供給を
停止し（過程（ｃ））、基板を被膜形成回転数で所定時
間回転させることによって基板の表面全体に塗り拡げら
れた塗布液を乾燥させて塗布被膜を形成する（過程
（ｄ））。その過程において、目標回転数によって基板
を高速回転させ続けると、暫くして膜厚不均一の要因で
ある乱流が生じ始めるが、その時点では既に基板のほぼ
表面全体に塗布液が塗り拡げられているので、基板の中
心付近から周縁部に向かって拡がってゆく塗布液は乱流
による影響をほとんど受けることがなく、それに含まれ
ている溶媒が基板の面内においてほぼ均一に揮発する。

【００２１】したがって、塗布液は基板のほぼ表面全体
にわたって均一に塗り拡げられてゆく。さらに継続して
基板を目標回転数で高速回転させて、その表面全体に塗
布液を完全に塗り拡げるとともに余剰の塗布液を振り切
る。このとき目標回転数を調整することなく目標回転数
による回転駆動時間を調整すると振り切られる塗布液の
量を調整することができるので、基板の表面全体を覆っ
ている塗布液の厚みを調整することができる。

【００２２】また、請求項２に記載の発明によれば、供
給回転数で基板を回転させつつ塗布液の供給を開始し、
基板の回転数が目標回転数に到達した後に塗布液の供給
を停止する塗布液の供給方法（ダイナミック法）であっ
ても、飛散する塗布液の量を少なくすることができると
ともに、乱流の影響を受けることなく塗布液を基板の表
面全体に塗り拡げることができる。また、塗布液の供給
停止時点を基準にして基板を目標回転数で高速回転させ
る時間を調整することにより、基板の表面全体を覆って
いる塗布液の厚みを調整することができる。

【００２３】また、請求項３に記載の発明によれば、基
板を静止させた状態で塗布液の供給を開始し、基板の回
転数が目標回転数に達した後に塗布液の供給を停止する
塗布液の供給方法（スタミック法）であっても、飛散す
る塗布液の量を少なくすることができるとともに、乱流
の影響を受けることなく塗布液を基板の表面全体に塗り
拡げることができる。また、塗布液の供給停止時点を基
準にして基板を目標回転数で高速回転させる時間を調整
することにより、基板の表面全体を覆っている塗布液の
厚みを調整することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。図１は、本発明に係る塗布液塗布方
法を適用した回転式基板塗布装置を示す縦断面図であ
る。

【００２５】図中、符号１０は吸引式スピンチャックで
あって、基板Ｗをほぼ水平姿勢で吸着支持するものであ
る。この吸引式スピンチャック１０は、中空の回転軸１
１を介してモータ１２によって回転駆動される。吸引式
スピンチャック１０の周囲にには、塗布液であるフォト
レジスト液などの飛散を防止するための飛散防止カップ
１３が配備されている。また、図示しない搬送手段が未
処理の基板Ｗを吸引式スピンチャック１０に載置した
り、吸引式スピンチャック１０から処理済みの基板Ｗを
受け取る際には、図示しない昇降手段が回転軸１１と飛
散防止カップ１３とを相対昇降させることによって、吸
引式スピンチャック１０を飛散防止カップ１３の上方へ
と移動させる（図中の二点鎖線）。

【００２６】飛散防止カップ１３は、上カップ１４と、
円形整流板１５と、下カップ１７等から構成されてい
る。上カップ１４は、上部に開口部１４ａと、基板Ｗの
回転によるフォトレジスト液などの飛沫を下方に案内す
る傾斜面１４ｂとを有する。

【００２７】円形整流板１５は、開口部１４ａから流入
して基板Ｗの周縁に沿って流下する気流を下カップ１７
に整流して案内するとともに、上カップ１４の傾斜面１
４ｂによって下方に案内されたフォトレジスト液などの
飛沫をこの気流に乗せて下カップ１７に案内する。

【００２８】下カップ１７の底部には、排液口１７ａが
配設されている。この排液口１７ａは、排液タンク１７
ｂに接続されており、回転振り切り後のフォトレジスト
液などを回収するようになっている。下カップ１７の底
部には、さらにカップ排気口１７ｃが配設されている。
このカップ排液口１７ｃは、排気ポンプ１７ｄに接続さ
れており、飛散防止カップ１３内に滞留する霧状のフォ
トレジスト液などを空気とともに吸引して排気するよう
になっている。

【００２９】円形整流板１５の内側には、基板Ｗの裏面
に回り込んだフォトレジスト液や付着したミストを除去
するための洗浄液を基板Ｗの裏面に向けて吐出するため
のバックリンスノズル２０が配設されている。このバッ
クリンスノズル２０には、管継手１８と供給配管１８ａ
を介して洗浄液供給部１８ｂから洗浄液が供給されるよ
うになっている。

【００３０】さらに、飛散防止カップ１３の開口部１４
ａの上方であって、基板Ｗのほぼ回転中心の上方には、
フォトレジスト液を吐出する吐出ノズル３０が配備され
ている。また、吐出ノズル３０へフォトレジスト液を所
定量だけ供給する図示しない塗布液供給手段と、スピン
チャック１０と飛散防止カップ１３とを相対昇降する図
示しない昇降手段と、モータ１２とは、制御部５０によ
って制御されるように構成されている。なお、制御部５
０は、メモリ５１に格納された、後述するタイムチャー
トに応じた処理プログラムによって上記各部の制御を行
うようになっている。

【００３１】上述したような構成の回転式基板塗布装置
に適用された本発明方法に基づく回転数制御の一例を図
２のタイムチャートを参照して説明する。なお、以下の
タイムチャートでは省略しているが、上記バックリンス
ノズル２０から洗浄液を吐出して、基板Ｗの裏面に付着
したフォトレジスト液やそのミストを洗浄除去するよう
に命令を付加しておくことが好ましい。また、このタイ
ムチャートは、基板Ｗを回転させつつフォトレジスト液
の供給を開始し、基板Ｗが回転している状態でその供給
を停止する供給方法（『ダイナミック法』）を採用した
ものである。

【００３２】まず、吸引式スピンチャック１０に基板Ｗ
を吸着支持させ、制御部５０がモータ１２を回転駆動し
て、ｔ₁時点で基板Ｗの回転数が回転数Ｒ３に到達する
ように制御する。なお、この回転数Ｒ３は本発明の供給
回転数に相当するものであり、例えば、１，５００ｒｐ
ｍである。この回転数Ｒ３による回転が安定した時点ｔ
_Sで吐出ノズル３０からフォトレジスト液を一定流量で
供給開始する。このようにして供給され始めたフォトレ
ジスト液は、暫くの間、基板Ｗの回転中心付近で円形状
の塊（コア）となって存在するが、その後、その円周部
から多数の細長いフォトレジスト液の流れ（ヒゲ）が生
じ始め、直線的に基板Ｗの周縁部に向かって延びてゆく
とともにコアもその径を拡大してゆく。多数のヒゲが基
板Ｗの周縁部に達すると、それらを通してフォトレジス
ト液が飛散して浪費されることになる。なお、上記のｔ
_S時点が本発明における過程（ａ）に相当する。

【００３３】そこで、基板Ｗの回転中心付近に供給され
たフォトレジスト液が、回転数Ｒ３による遠心力によっ
て拡がって基板Ｗの周縁部に向かって塗り拡げられてそ
の表面全体を覆う前に、基板Ｗの回転数を、現在の回転
数Ｒ３よりも高い回転数Ｒ４に上げて加速してゆく。具
体的には、ｔ₃時点で回転数Ｒ４に到達するように、ｔ
₂時点でモータ１２の回転数を上げ始める。なお、この
回転数Ｒ４は本発明の目標回転数に相当するものであ
り、例えば、４，０００ｒｐｍである。また、時点ｔ₂
〜時点ｔ₃が本発明の過程（ｂ）に相当する。

【００３４】上記のように加速することによって基板Ｗ
の表面を拡がりつつあるフォトレジスト液には、図３に
示すような挙動が生じる。つまり、図中に二点鎖線で示
すように基板Ｗの周縁部に向かって直線的に延びてゆく
はずのヒゲＲ_bに、回転数上昇過程における加速度によ
って慣性力が作用するとともに高速回転による遠心力が
作用し、図中に点線で示すようにヒゲＲ_bの延びる方向
がその合力によって周方向に曲げられるようにしてその
幅が拡大する。さらにコアＲ_aの径も拡大する。このよ
うにしてヒゲＲ_bが周方向に曲げられているので、基板
Ｗの周縁部に向かって拡大／伸長してゆくコアＲ_a／ヒ
ゲＲ_bが一体となって、フォトレジスト液によって基板
Ｗの表面全体が覆われるまでの被覆所要時間を従来に比
較して短縮することができる。被覆所要時間を短縮でき
るので、ヒゲＲ_bを通して周囲に飛散するフォトレジス
ト液の量を少なくすることができる。つまり、フォトレ
ジスト液の利用効率を向上させることができる。

【００３５】高速の回転数Ｒ４に到達した時点ｔ₃から
吐出継続時間Ｔ_H0が経過する時点、つまり、フォトレジ
スト液の供給を開始した時点ｔ_Sから予め設定されてい
る供給時間Ｔ_SUが経過するｔ_E時点で吐出ノズル３０か
らのフォトレジスト液の供給を停止する。基板Ｗの回転
数が高速の回転数Ｒ４に達すると、ある程度の遅れを伴
って基板Ｗの周縁部から乱流が発生し、それが次第に中
心部に向かって進行してゆく。この乱流は、基板Ｗの回
転中心から周縁部に向かって拡がってゆくフォトレジス
ト液の溶媒揮発を不均一にするので、フォトレジスト被
膜の膜厚を不均一にする主たる原因となる。しかし、高
速の回転数Ｒ４に達した時点ｔ₃から吐出継続時間Ｔ_H0
が経過した時点ｔ_Eでは、既にフォトレジスト液の吐出
が停止され、基板Ｗのほぼ表面全体にわたってフォトレ
ジスト液が塗り拡げられている。したがって、フォトレ
ジスト液が基板Ｗの表面全体に拡がってゆく際には、そ
の溶媒の揮発が不均一となることを防止できる。なお、
吐出継続時間Ｔ_H0は、基板Ｗの径、回転数Ｒ４、フォト
レジスト液の供給流量などの種々の条件を勘案して設定
することが好ましく、回転数Ｒ４による乱流が発生する
時点あるいはその直後になるように設定することがより
好ましい。なお、上記の時点ｔ_Eが本発明の過程（ｃ）
に相当する。

【００３６】上記のようにして基板Ｗのほぼ表面全体に
フォトレジスト液を均一に塗り拡げた後も、所望膜厚に
応じた時間だけ高速の回転数Ｒ４に保持する。具体的に
は、フォトレジスト液の供給停止時点ｔ_Eを基準とし
て、回転数Ｒ４で回転駆動する時間（以下、空回転時間
Ｔ_Hと称する）、つまり、ｔ_E時点からｔ₄時点の時間
を所望膜厚に応じて設定すればよい。この空回転時間Ｔ
_Hの過程では、基板Ｗの表面全体にわたってフォトレジ
スト液を完全に塗り拡げるとともに、その僅かな余剰分
をある程度振り切って所望膜厚に近い膜厚に粗調整す
る。このように高速の回転数Ｒ４を保持すると乱流の影
響を受けることになるが、既にフォトレジスト液が基板
Ｗのほぼ表面全体を覆っているので膜厚が不均一になる
不都合は生じない。

【００３７】そして、空回転時間Ｔ_Hが経過してｔ₅時
点で、基板Ｗの回転数が高速の回転数Ｒ４よりも低い回
転数Ｒ５に到達するようにモータ１２を制御する。この
回転数Ｒ５に回転数を下げると高速の回転数Ｒ４で生じ
ていた乱流をほぼ抑止することができる。この回転数Ｒ
５をｔ₆時点まで保持することにより、基板Ｗの表面全
体にわたってほぼ所望膜厚にされているフォトレジスト
液を乾燥させて、所望膜厚のフォトレジスト被膜を形成
することができる。なお、上記の回転数Ｒ５が本発明の
被膜形成回転数に相当し、例えば、３，０００ｒｐｍで
ある。また、時点ｔ₅〜時点ｔ₆が本発明の過程（ｄ）
に相当する。

【００３８】上述したように基板Ｗを高速の回転数Ｒ４
で回転駆動して乱流が発生するまでにフォトレジスト液
の供給を停止し、フォトレジスト液を基板Ｗのほぼ表面
全体にわたって塗り拡げているので、その際に乱流の影
響で溶媒揮発が不均一になって膜厚が不均一になること
を防止することができる。したがって、基板Ｗの表面全
体にわたって膜厚均一性が良好なフォトレジスト被膜を
形成することができる。また、膜厚を調整するために
は、図２中に括弧書きで示すように上記の空回転時間Ｔ
_Hを調整することによって行う。つまり、空回転時間Ｔ
_Hを変えて振り切るフォトレジスト液量を変え、基板Ｗ
の表面全体を覆っているフォトレジスト液の厚みを変え
る。したがって、回転数を変えることなくフォトレジス
ト被膜の膜厚を変えることができるので、大口径の基板
Ｗであっても乱流に起因する膜厚不均一が生じることを
防止でき、膜厚調整可能範囲を従来に比較して広くする
ことができる。特に、薄い被膜を必要とする場合、従来
手法では一般的に回転数を上げる必要があるが、本手法
によれば回転数を変えることなく空回転時間Ｔ_Hを長く
することで薄膜を品質良く形成することができる。ま
た、本手法では、１種類の粘度のフォトレジスト液で種
々の膜厚のフォトレジスト被膜に対応できるので、既存
の装置に容易に適用することができるとともに、フォト
レジスト液の粘度を調整して膜厚を変えようとする提案
手法のように装置の構造および制御が複雑化することが
ない。

【００３９】次に、図４および図５のグラフを参照し
て、上記図２のタイムチャートに示すように回転数制御
を行い、空回転時間Ｔ_Hを変えることによって調整する
ことができた膜厚範囲の測定結果の一例について説明す
る。なお、基板のサンプルとしては、８インチ径のもの
を用いた。

【００４０】図４は、上述した回転数の一例、つまり、
（供給）回転数Ｒ３を１，５００ｒｐｍとし、（目標）
回転数Ｒ５を４，０００ｐｒｍとし、（被膜形成）回転
数Ｒ５を３，０００ｒｐｍとした場合の測定結果であ
る。さらに、吐出継続時間Ｔ_H0を０．４ｓｅｃとし、空
回転時間Ｔ_Hを０〜３．０ｓｅｃの範囲において適宜の
ステップで変えた。その結果、およそ１．１２〜１．２
１μｍの範囲でほぼリニアに膜厚を調整することができ
た。しかも、膜厚均一性の指標である分散値は一桁であ
り、良好な膜厚を得ることができた。なお、実験では、
空回転時間Ｔ_Hを０〜３．０ｓｅｃの範囲で可変した
が、上記の空回転時間Ｔ_Hをさらに延長すればより薄い
被膜を良好に形成できることが期待される。

【００４１】また、図５は、（供給）回転数Ｒ３を１，
５００ｒｐｍとし、（目標）回転数Ｒ４を３，５００ｒ
ｐｍとし、（被膜形成）回転数Ｒ５を２，８００ｒｐｍ
とした場合である。さらに、吐出継続時間Ｔ_H0を０．３
ｓｅｃに短縮し、空回転時間Ｔ_Hを０〜３．０ｓｅｃの
範囲において適宜のステップで変えた。その結果、およ
そ１．１１〜１．２３μｍの範囲で膜厚を調整すること
ができ、しかもその分散値は良好であった。

【００４２】なお、図２のタイムチャート中における回
転数切換開始時間Ｔ_aおよび回転数切換時間Ｔ_bは、種
々の実験により以下のように設定することが好ましいこ
とが判っている。回転数切換開始時間Ｔ_aは、基板Ｗの
表面中心付近に供給されたフォトレジスト液が遠心力に
より拡がってゆき、基板Ｗの表面全体を覆うまでの時間
に設定することが好ましいが、具体例としては、８イン
チ径の基板の場合でおよそ０．１〜０．６ｓｅｃの範囲
である。この値は、基板サイズ、（供給）回転数Ｒ３、
基板の表面状態、吐出ノズル３０から供給されるフォト
レジスト液の供給速度などにより変動するものであるの
で、それらを勘案して上記の条件を満たすように設定す
ればよい。

【００４３】回転数切換時間Ｔ_bは、基板Ｗの中心付近
から周縁部に向かって直線的に延びてゆくヒゲを周方向
にできるだけ大きく曲げられるように短い方が好まし
い。その一方で、あまりに短時間で加速すると基板の中
心付近から周縁部に向けて直線的に伸長しているヒゲが
急激な加速度により飛散してしまうか、あるいは一旦は
周方向に曲げることができるがその後は強大な遠心力に
よって再び基板の周縁部に向かって直線的に伸長し始め
ることで、ヒゲの周方向への幅の拡大が小さくなり、逆
に被覆所要時間が長くなってしまう。実験によると回転
数切換時間Ｔ_bの値は、およそ０．２〜０．３ｓｅｃ程
度の範囲が好ましく、加速度で言えば、約７，５００〜
５０，０００ｒｐｍ／ｓｅｃの範囲が好ましい。

【００４４】次に、図６のタイムチャートを参照して、
基板が静止した状態でフォトレジスト液の供給を開始し
て基板が回転駆動された後にその供給を停止する供給方
法（『スタミック法』）を適用した場合について説明す
る。なお、装置の構成は図１のものと同様であり、メモ
リ５１に格納されている処理プログラムが異なるだけで
ある。

【００４５】まず、基板Ｗを吸引式スピンチャック１０
に吸着保持させた状態で、モータ１２を回転駆動するこ
となくｔ_S時点で吐出ノズル３０からフォトレジスト液
の供給を開始する。その所定時間後、ｔ₁時点でモータ
１２の回転駆動を開始し、ｔ ₂時点で回転数Ｒ３（供給
回転数）に達するように制御する。このように回転を開
始すると、基板Ｗの中心付近に存在する円形状の塊（コ
ア）は、その供給が継続されていること及び回転に伴う
遠心力によって次第に同心円状にその径を拡大してゆ
き、その後に円周部から細長いフォトレジスト液の流れ
（ヒゲ）が基板Ｗの周縁部に向かって延び始める。そし
て、その回転数Ｒ３によってフォトレジスト液が拡がっ
て基板Ｗの表面全体を覆う前に（ｔ₃時点）、現在の回
転数Ｒ３よりも高速の回転数Ｒ４に上げてゆき、上述し
たように直線的に伸長してゆくヒゲを周方向に曲げて被
覆所要時間を短縮して、フォトレジスト液の利用効率を
向上させることができる。

【００４６】なお、基板Ｗの回転駆動を開始したｔ₁時
点からｔ₃時点までが回転数切換開始時間Ｔ_a’であ
り、上述した『ダイナミック法』と同様に設定すること
が好ましい。また、回転数Ｒ３から回転数Ｒ４に基板Ｗ
の回転数を上げてゆくｔ₃時点〜ｔ₄時点までが回転数
切換時間Ｔ_bであり、やはり上記の『ダイナミック法』
と同様に設定することが好ましい。

【００４７】基板Ｗの回転数が高速の回転数Ｒ４に達し
た時点ｔ₄から吐出継続時間Ｔ_H0が経過した時点ｔ_Eに
おいて、吐出ノズル３０からのフォトレジスト液の供給
を停止する。上述したように高速の回転数Ｒ４により乱
流が発生するが、このときにはほぼ基板Ｗの表面全体に
フォトレジスト液が拡散しているので、膜厚を均一にす
ることができる。そして、上記『ダイナミック法』と同
様に、フォトレジスト液の供給を停止した時点ｔ_Eを基
準にして高速の回転数Ｒ４に保持する空回転時間Ｔ_Hを
調整することにより、振り切るフォトレジスト液の量が
変わるので、フォトレジスト被膜の膜厚を調整すること
ができる。しかも、乱流の影響を受けないので、膜厚均
一性が良好なフォトレジスト被膜を得ることが可能であ
る。

【００４８】なお、上記の説明では、空回転時間Ｔ_Hの
みを調整して膜厚を調整する場合を例に採って説明した
が、その他に膜厚を調整可能なパラメータとして（供
給）回転数Ｒ３、（目標）回転数Ｒ４、（被膜形成）回
転数Ｒ５及びその回転駆動時間がある。但し、これらの
回転数を調整する際には、膜厚不均一の要因である乱流
の発生を考慮して行う必要がある。

【００４９】また、上記の説明ではフォトレジスト液を
例に採って説明したが、本発明はＳＯＧ液やポリイミド
樹脂などの塗布液であっても適用可能であることは言う
までもない。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、塗布液が供給回転数によって
拡がって基板の表面全体を覆う前に高速の目標回転数に
上げてゆくことにより、多数の細長い塗布液の流れを周
方向に曲げることができ、それらの間の未塗布領域を急
速に狭めることができる。したがって、被覆所要時間を
短縮することができ、細長い塗布液の流れを通して飛散
する塗布液の量を少なくすることができる。その結果、
フォトレジスト液の利用効率を向上することができ、半
導体デバイスの製造コストを低減することができる。

【００５１】また、基板を高速の目標回転数に上げ始め
た後に塗布液の供給を停止することにより、乱流が発生
してその影響を受ける前に塗布液を基板のほぼ表面全体
に塗り拡げることができ、溶媒の揮発を基板面内におい
て均一にすることができる。したがって、塗布液を基板
の表面全体にわたってほぼ均一に塗り拡げることができ
る。さらに、回転数を調整することなく目標回転数によ
る回転駆動時間を調整することにより振り切られる塗布
液の量を調整することができるので、塗布液の膜厚を調
整することができる。その結果、大口径の基板において
特に生じ易い乱流に起因する膜厚不均一を防止でき、膜
厚均一性を良好に保ちつつ膜厚調整可能な範囲を広くす
ることができる。このため薄い膜厚の塗布被膜をも品質
良く形成することができ、デザインルールが厳しい半導
体デバイスの製造にも対応することができる。また、膜
厚に応じて塗布液の粘度を変える必要がないので、従来
の装置にこの塗布液塗布方法を適用するだけで大口径基
板に均一な塗布被膜を形成することができ、既存の装置
を有効に活用できる。

【００５２】また、請求項２に記載の発明によれば、基
板を供給回転数で低速回転させた状態で塗布液を供給開
始し、基板の回転数が目標回転数に達した後にその供給
を停止する塗布液の供給方法（ダイナミック法）であっ
ても、請求項１と同様の効果を奏する。

【００５３】また、請求項３に記載の発明によれば、基
板を静止させた状態で塗布液を供給開始し、基板の回転
数が目標回転数に達した後にその供給を停止する塗布液
の供給方法（スタミック法）であっても、請求項１と同
等の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を適用した回転式基板塗布装置の概
略構成を示す図である。

【図２】フォトレジスト液塗布方法（ダイナミック法）
の一例を示すタイムチャートである。

【図３】フォトレジスト液の挙動を示す模式図である。

【図４】空回転時間を変えた場合に得られる膜厚範囲の
一例を示すグラフである。

【図５】空回転時間を変えた場合に得られる膜厚範囲の
一例を示すグラフである。

【図６】フォトレジスト液塗布方法（スタミック法）の
一例を示すタイムチャートである。

【図７】従来例に係る回転式基板塗布装置の要部を示す
図である。

【図８】従来例に係る塗布液塗布方法を示すタイムチャ
ートである。

【図９】従来例に係る塗布液塗布方法の説明に供する図
である。

【符号の説明】

Ｗ … 基板１０ … 吸引式スピンチャック１２ … モータ１３… 飛散防止カップ３０ … 吐出ノズル５０… 制御部５１… メモリＲ３ … 回転数（供給回転数）Ｒ４ … 回転数（目標回転数）Ｒ５ … 回転数（被膜形成回転数）Ｔ_a，Ｔ_a’ … 回転数切換開始時間Ｔ_b … 回転数切換時間Ｔ_H0 … 吐出継続時間Ｔ_H … 空回転時間Ｒ_a … コアＲ_b … ヒゲ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−4961（ＪＰ，Ａ) 特開平４−349970（ＪＰ，Ａ) 特開平８−99057（ＪＰ，Ａ) 特開平８−299878（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B05D 1/40 H01L 21/027 H01L 21/31

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に塗布液を供給して所望膜厚の塗布
被膜を形成する塗布液塗布方法であって、（ａ）基板を静止させた状態若しくは供給回転数で低速
回転させた状態で前記基板の表面中心付近に塗布液の供
給を開始する過程と、（ｂ）供給された塗布液が供給回転数によって拡がって
前記基板の表面全体を覆う前に、前記基板の回転数を供
給回転数よりも高い目標回転数に上げてゆく過程と、（ｃ）前記基板への塗布液の供給を停止する過程と、（ｄ）前記基板を目標回転数より低い被膜形成回転数で
回転させて塗布被膜を形成する過程とをその順で実施
し、基板を目標回転数で高速回転させる時間を調整して、前
記塗布被膜の膜厚を調整するようにしたことを特徴とす
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、前記基板を供給回転数で低速回転させた状態で塗布
液の供給を開始し、前記基板の回転数が目標回転数に到
達した後で塗布液の供給を停止するとともに、この供給
停止時点を基準として基板を目標回転数で高速回転させ
る時間を調整することを特徴とする塗布液塗布方法。
【請求項３】請求項１に記載の塗布液塗布方法におい
て、前記基板を静止させた状態で塗布液の供給を開始
し、前記基板の回転数が目標回転数に到達した後で塗布
液の供給を停止するとともに、この供給停止時点を基準
として基板を目標回転数で高速回転させる時間を調整す
ることを特徴とする塗布液塗布方法。