JP4043444B2 - 塗布処理装置及び塗布処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばマスク基板などの角型の基板の表面に塗布膜形成成分及び溶剤を含む塗布液を薄膜状に塗布する塗布処理装置及び塗布処理方法に関する。

半導体デバイスやＬＣＤの製造プロセスにおいてはフォトリソグラフィ技術を用いた処理が行われる。この処理は、例えば半導体基板、ガラス製のマスク基板などの被処理基板の表面にレジストなどの所定の塗布液を薄膜状に塗布し、乾燥させて成膜した後、基板を露光してから現像処理を行って所望のパターンを得る、一連の工程により行われる。

前記被処理基板の一つである角型の基板の表面に例えばレジストなどの薄膜を形成する手法の一つとして、スピンコーティングによるものが知られている。このスピンコーティングについて図１３を用いて簡単に述べておく。図中１は、例えばマスク基板などの角型の基板Ｇを水平姿勢に保持するスピンチャックであり、このスピンチャック１上の基板Ｇの表面中央部から僅かに浮かせた位置に塗布液ノズル１１が設けられている。そしてスピンチャック１により基板Ｇを鉛直軸回りに回転させると共に基板Ｇの表面に例えばレジスト成分とシンナーなどの溶剤とを混ぜ合わせてなる塗布液（レジスト液）を供給すると、遠心力の作用により塗布液は基板Ｇの表面全体に広がって薄膜状に液膜を形成する。次いで塗布液の供給を止めた後に、更に基板Ｇを回転させてシンナーを蒸発させるいわゆるスピン乾燥を行うことによりレジスト成分が残ってレジスト膜を形成する。このようにスピンコーティングでは基板Ｇを回転させることにより、余分な塗布液を振り切って塗布液を薄膜状に広げている。

ところで上述のようなスピンコーティング法を用いて基板の表面に塗布膜を形成する場合、回転半径が異なる中心部と周縁部との間で周速度に差が生じてしまう。またスピンコーティング時には概略的な説明をすると、基板Ｇに内接する円形領域については塗布液から蒸発する溶剤蒸気の渦が存在するが、それよりもはみ出た角部の通過領域は前記渦よりも外側に位置するので新鮮な空気を多く取り込んだ渦流になり、そのため隅部における溶剤の揮発速度が内側よりも早くなる。このように隅部と中央部との間で溶剤の蒸発速度に差があると、基板の表面に形成される塗布膜１２は、例えば図１４に模式的に示すように、隅部の膜厚が中心部よりも高く跳ね上がってしまう角型基板に特有の形状となる。このような形状の塗布膜では露光、現像に影響し使用することができない場合もあり、基板の歩留まり低下の原因にされている。

この指摘に対する対応策の一つに、例えば図１５に示すように、基板Ｇを囲むカップ１５の内周に当該基板Ｇの隅部の表面と対向するようにして気流規制リング１４を設けることにより、基板Ｇの隅部の溶剤の蒸発速度を抑えて膜厚の均一化を図ることが報告されている（例えば、特許文献１参照。）。即ち、カップ１５内は排気されており、また基板Ｇが回転しているため、カップ１５の上方から基板Ｇの表面に向かう気流（ダウンフロー）が形成されるが、気流規制リング１４を設けることによりダウンフローの当たる領域を基板Ｇの隅部よりも内側に規制し、これにより隅部の通過領域における渦流の溶剤蒸気の濃度を高め、隅部における溶剤の蒸発を抑えることで膜の盛り上がりを低減している。

特開平１１−７０３５４号公報（第１実施例、図２）

しかしながら上述の塗布処理には以下のような問題があった。即ち、気流規制リング１４の内径が例えば１ｍｍ変るだけで隅部の膜の跳ね上がり方が変ってしまうといったように、気流規制リング１４の内径が塗布膜の膜厚プロファイルに敏感に効いてくるので、塗布液の種類、膜厚の目標値、及び所定の面内均一性を確保しなければならない基板Ｇ上の領域など、塗布条件が変ればそれに応じて適切な内径の気流規制リング１４を用意しなければならなかった。近年、塗布・現像によるマスク基板の製造は従来の少品種大量生産型の生産形態から多品種少量生産型に移行しつつあり、各品種毎に適切な内径の気流規制リング１４を用意し、共通のユニットで気流規制リング１４を各品種に応じて取り替えるようにしたのではその作業に手間がかかってしまう懸念がある。また各品種毎に専用の塗布ユニットを用意したのではユニットの数が多くなって工程が複雑になる懸念がある。

また将来的に膜厚の更なる薄膜化が要求された場合、基板Ｇの回転速度を現状よりも高速しなければならない。しかしながら回転速度を高速にすると隅部と内側領域との間で速度の差が大きくなり、その分溶剤の乾燥速度の差が大きくなってしまうので、結果として基板Ｇの隅部と内側領域との間で塗布膜の膜厚差がより拡大される懸念がある。このように隅部と内側領域との間で蒸発速度の差が大きくなりすぎると、気流規制リング１４の内径を変更するだけで対応するには限界がある場合がある。

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は角型の基板の表面に所定の塗布液を塗布して塗布膜を形成するにあたり、膜厚の面内均一性を確保することのできる塗布処理装置および塗布処理方法を提供することにある。

本発明の塗布処理装置は、塗布膜形成成分及び溶剤を含む塗布液を角型の基板の表面に塗布し、この基板を鉛直軸回りに回転させることにより基板の表面に薄膜状に塗布液を広げる塗布処理装置において、
前記基板を水平に保持する基板保持部と、
この基板保持部上の基板を鉛直軸回りに回転させる回転機構と、
前記基板保持部を囲むように設けられ、その内部雰囲気を排気するための排気路が接続されたカップと、
基板の表面に塗布液を供給する塗布液ノズルと、
前記基板保持部に保持された基板の隅部表面と対向して設けられ、この基板上の気流を規制する気流規制リングと、
この気流規制リングを昇降させる昇降機構と、
塗布液の種類、塗布膜の目標膜厚、及び塗布工程時の基板の回転数の組み合わせと気流規制リングの高さの設定値とを対応付けたデータを記憶する記憶部と、
前記記憶部から塗布液の種類、塗布膜の目標膜厚、及び塗布工程時の基板の回転数の組み合わせに対応する気流規制リングの高さの設定値を読み出して、前記昇降機構を介して基板に対する気流規制リングの高さを制御する制御部と、を備え、
前記高さの設定値の範囲においては、気流規制リングと前記カップとの隙間は、当該隙間から外部雰囲気の気体が流入することによる基板の周縁部の気流の乱れが起こらずかつ昇降に支障のない大きさとなっていることを特徴とする。

前記塗布処理装置において、前記気流規制リングは、前記カップの内周に沿って設けられている構成を採用できる。前記記憶部は、塗布処理中の基板の回転数のプロファイルにおける基板の回転数に応じて気流規制リングの高さを変更するためのデータを記憶し、前記制御部は、基板の塗布処理中に前記データに基づいて気流規制リングの高さを制御する構成としてもよい。また前記記憶部は、所定値以上の面内均一性が得られる基板表面の目標領域を前記組み合わせの中に更に含めるようにしてもよい。

更には、前記昇降機構により昇降される支持部材を備え、気流規制リングはこの支持部材に着脱自在に設けられいて、互いに内径が異なる気流規制リングの間で交換可能なように構成してもよい。また基板表面上に形成される気流に溶剤を蒸気またはミストとして供給する溶剤供給部を備えるようにしてもよく、この場合、溶剤供給部は気流規制リングに設けられた溶剤流路と気流規制リングの下面に開口する溶剤供給口とを含む構成にしてもよい。

本発明の塗布処理方法は、その内部雰囲気を排気するための排気路が接続されたカップ内に設けられた基板保持部に角型の基板を水平に保持させると共に基板の隅部表面に気流規制リングを対向させる工程と、
塗布液の種類、塗布膜の目標膜厚、及び塗布工程時の基板の回転数の組み合わせと気流規制リングの高さの設定値とを対応付けたデータを記憶した記憶部から前記データを読み出し、前記組み合わせに対応する気流規制リングの高さの設定値を読み出して、前記昇降機構を介して基板に対する気流規制リングの高さを制御する工程と、
塗布膜形成成分及び溶剤を含む塗布液を前記基板の表面に供給すると共に前記基板保持部を鉛直軸周りに回転させることにより、前記気流規制リングにより基板上の気流が規制された状態で当該基板の表面に塗布液を広げる工程と、を含み、
前記高さの設定値の範囲においては、気流規制リングと前記カップとの隙間は、当該隙間から外部雰囲気の気体が流入することによる基板の周縁部の気流の乱れが起こらずかつ昇降に支障のない大きさとなっていることを特徴とする。

本発明によれば、気流規制リングを昇降自在に設けているため、例えば塗布条件の異なる基板を処理する場合であってもその高さ位置を適正に設定することにより、基板の隅部表面に当たる気流を制御できるので、基板の隅部表面に塗布された塗布液の蒸発速度が抑えられて当該基板の面内で溶剤の蒸発速度が揃えられる。このため基板の隅部表面にある塗布液がその内側にある塗布液よりも早く乾燥してその膜厚が厚くなるのを抑えることができ、結果として基板の表面に面内均一な塗布膜を形成することができる。従って気流規制リングを交換しなくて済むし、また気流規制リングの内径と高さとを組み合わせることで気流制御をよりきめ細かく行うことができ、膜厚についての面内均一性を向上させることができる。更にまた、塗布処理中に例えば基板の回転速度に応じて気流規制リングの高さを変えるといったこともでき、気流制御をより高い自由度で行うことができる。

本発明の実施の形態にかかる塗布処理装置について図１及び図２を参照しながら説明する。図中２は、角型の基板Ｇ例えばマスク基板を水平に保持するためのスピンチャックである。このスピンチャック２には、上方からみてその外周縁が略円形をなすよう保持した基板Ｇの周縁外側を囲む面状部２１が例えば当該基板Ｇの表面と高さを揃えて設けられている。スピンチャック２は下方側に設けられた駆動機構２２と軸部２３を介して接続されており、この駆動機構２２により基板Ｇを保持した状態で鉛直軸回りに回転自在及び昇降自在なように構成されている。また前記マスク基板は例えばガラス基板であり、その大きさは例えば辺の長さが１５２±０．４ｍｍ、厚みが６．３５±０．１ｍｍである。

スピンチャック２の表面には貫通孔が例えば３ヵ所形成されており、これらの貫通孔を介して基板Ｇを裏面側から支時する基板支持ピン２４が突没自在に設けられている。基板支持ピン２４は昇降部２５により昇降可能であり、図示しない基板搬送アームと基板支持ピン２４との協働作用によりスピンチャック２への基板Ｇの受け渡しがなされるように構成されている。

また下降位置に設定されたスピンチャック２上の基板Ｇの周囲を囲むようにして円筒状のカップ体３が設けられている。このカップ体３の上部側には、例えば当該カップ体３内を排気したときに上方から気流を導入可能なように例えば円形の開口領域３１が形成されている。この開口領域３１は後述する気流規制リング４が上昇位置に設定された状態にて、基板Ｇを搬入出する搬入出口を形成する。またカップ体３の下部側には、例えば環状の液受け部３２が基板Ｇの周縁下方側に形成されている。液受け部３２は縦の仕切り壁３３により内側領域と外側領域とに区画され、外側領域にはドレインを排出する排出口３４が設けられ、内側領域には排気口３５が設けられている。またカップ体３の内部には、外方下方側に傾斜する第１の内カップ３６と第２の内カップ３７が隙間を空けて上下に設けられており、これら第１の内カップ３６と第２の内カップ３７との間の隙間は基板Ｇからこぼれた塗布液が流れる流路を形成し、また第１の内カップ３６とカップ体３の天井面との間の隙間は排気流が流れる流路を形成している。前記排気口３５には排気路３８例えば配管を介してカップ体３内を排気するための排気手段３９と接続されている。

スピンチャック２上の基板Ｇの上方側には、前記開口領域３１を通過しようとする上方からの気流の一部を受け止めてその流れを規制するための気流規制部材である気流規制リング４が昇降自在に設けられている。この上方からの気流とは、カップ体３内を排気し、また基板Ｇを鉛直軸回りに回転させることにより形成され、上方側から基板Ｇの表面に向かって流れる温度及び湿度のコントロールされた空気からなる気流である。前記気流規制リング４は基板Ｇの隅部表面と対向して、つまり気流規制リング４の投影領域が基板Ｇの隅部を覆うようにその内径の大きさが既述のマスク基板であれば例えばφ１５０〜φ１７０ｍｍの範囲内で設定されている。気流規制リング４の下面側は横に伸びる平坦面に形成され、更にその外周縁にはカップ体３の上面内周縁（開口縁）に沿ってリング状に下に伸びる縦の端面部４１が形成されている。端面部４１とカップ体３の開口縁との隙間は、ここから空気が流入して基板Ｇの周縁部の気流が乱れないように、昇降に支障のない狭い隙間になっている。一方、気流規制リング４の上面側は例えば外側にいくにつれて高くなる階段状に形成されている。気流規制リング４の外周面の上部側には、この気流規制リング４を例えば着脱自在に支持する支持部材４２が設けられ、更に支持部材４２は軸部４３を介して昇降機構４４と接続されており、この昇降機構４４により例えば気流規制リング４の裏面と基板Ｇの表面との離間距離Ｌが７．５〜２７．５ｍｍの範囲内になるように当該気流規制リング４の高さ位置を調整可能なように構成されている。

なお、端面部４１は気流規制リング４を上記範囲内の最も高い位置に設定した際に、その先端がカップ体４の上面よりも低い位置になるように長さが設定されている。このような構成とすれば、気流規制リング４を上昇させたときに気流規制リング４の外周面とカップ体３との間に広い隙間が生じてこの隙間から空気が流入するのを防ぐことができ、かつ端面部４１の長さの分だけ気流規制リング４の高さの設定値の幅を大きくとれるので有利である。

基板Ｇの表面の中央部と対向するようにして例えば細径の吐出孔５０を有する塗布液ノズル５が昇降及び進退自在に設けられている。塗布液ノズル５には供給路５１の一端側が接続され、更にこの供給路５１の他端側は塗布液供給源５２と接続されており、その途中には図示しない流量調節部が設けられている。塗布液ノズル５はノズルアーム５３に着脱自在に支持されており、このノズルアーム５３の基端側には移動基体５４が設けられている（図１には記載せず）。移動基体５４はガイドレール５５に沿って横移動可能なように構成されている。また図中５６は、塗布液ノズル５を収納する収納部であり、この収納部５には図示は省略するが複数の塗布液ノズル５が収納されており、これらの塗布液ノズル５は各々独立した供給路５１を介して互いに種類の異なる塗布液を供給可能な塗布液供給源５２と接続されている。そして、例えばプロセス条件に基づいて所定の種類の塗布液を吐出可能な塗布液ノズル５をノズルアーム５３により収納部５６から取り出して基板Ｇの表面と対向する位置まで案内し、当該塗布液ノズル５から塗布液を基板Ｇに供給することにより、種々の種類の塗布液を基板Ｇの表面に塗布可能なように構成されている。なお、必ずしも複数の塗布液ノズル５を備えていなくともよく、例えば共通の塗布液ノズル５に互いに種類の異なる塗布液供給源５３を供給路５１を介して接続しておき、例えば図示しないバルブなどの切り替え手段を用いて所定の種類の塗布液を供給可能なように構成することもできる。

また図中６は制御部であり、この制御部６は駆動機構２２、昇降機構４４及び昇降部２５の動作を制御する機能を備えている。更に、制御部６は、塗布条件に基づいて気流規制リング４を所定の高さ位置に設定する制御機能を備えている。この制御機能について図３を用いて詳しく説明すると、制御部６の有する例えばコンピュータ６０は種々のプロセス条件の設定値を設定したプロセスレシピ６１を記憶する例えばメモリなどの記憶部を備えており、このプロセスレシピ６１にはプロセス条件の一部をなす塗布条件である塗布液の種類、特に粘度及び塗布液に含まれる溶剤の蒸気圧、塗布膜の目標膜厚であるターゲット膜厚、詳しくは後述するターゲットエリア、及び塗布処理時の基板Ｇの回転速度の種々の設定値に対応付けて気流規制リング４の基板Ｇの表面からの高さ位置である、気流規制リング４と基板Ｇとの離間距離Ｌの設定値が記憶されている。即ち、制御部６は、塗布条件に対応付けて気流規制リング４の高さの設定値の情報を記憶する記憶部と、この情報に基づいて気流規制リング４の高さを制御する手段とを備えており、塗布液の種類、ターゲット膜厚、ターゲットエリア及び基板Ｇの回転速度の設定値の情報に基づいて記憶部から気流規制リング４の高さ位置の設定値を読み出し、この設定値に基づいてコントローラ６２により昇降機構４４の動作が制御され、気流規制リング４が所定の高さ位置に設定されるように構成されている。
なお、必ずしも制御部６に塗布条件に対応付けた気流規制リング４の高さの設定値の情報を記憶していなくともよく、例えばオペレータが塗布条件に基づいて気流規制リング４の高さの設定値をコンピュータに入力するようにしてもよい。

ここで前記ターゲットエリアについて詳しく説明しておく。基板Ｇの歩留まりを向上させるためには隅部を含めて外周縁近くまで膜厚を均一化させるのが得策であることは「背景技術」の欄でも述べたとおりである。しかしながら、同じ種類の基板Ｇであっても例えば露光機によっては基板Ｇの面内において所定値以上の面内均一性を満足させようとする領域が異なることがある。つまり所定の精度で塗布膜が形成されていることが求められる領域の大きさ、その位置などが異なることがある。本発明においてはこの所定値以上の面内均一性を満足する領域のことをターゲットエリアと呼ぶものとする。ターゲットエリアの一例としては図４に示すように、基板Ｇを例えば現像線幅１００ｎｍ以下を得るフォトマスクに用いる場合には、内側１４０ｍｍ角の領域Ｑ１内に例えば１．５％以下の精度で膜厚を形成することが要求される場合と、内側１３０ｍｍ角の領域Ｑ２内に例えば１．０％以下の精度で膜厚を形成することが要求される場合とが挙げられる。なお図４ではターゲットエリアを実際よりも小さく記載してある。

更に、上記塗布条件に対する気流規制リング４の高さの設定について一例を挙げて説明しておく。例えば塗布液の粘性が異なる場合、粘性が高いときには気流規制リング４を低く例えば７．５〜１７．５ｍｍに設定し、反対に粘性が低いときには気流規制リング４を高く例えば１７．５〜２７．５ｍｍに設定する。例えば塗布液の溶剤の揮発性が異なる場合、つまり溶剤の蒸気圧が高いときには気流規制リング４を低く例えば７．５〜１７．５ｍｍに設定し、反対に溶剤の蒸気圧が低いときには気流規制リング４を高く例えば１７．５〜２７．５ｍｍに設定する。例えばターゲット膜厚が異なる場合、ターゲット膜厚が厚いときには気流規制リング４を高く例えば１７．５〜２７．５ｍｍに設定し、反対にターゲット膜厚が薄いときには気流規制リング４を低く例えば７．５〜１７．５ｍｍに設定する。例えばターゲットエリアが異なる場合、目標エリアが大きいときには気流規制リング４を高く例えば１７．５〜２７．５ｍｍに設定し、目標エリアが小さいときには気流規制リング４を低く例えば７．５〜１７．５ｍｍに設定する。更に例えば基板Ｇの回転速度が異なる場合、回転速度が小さい場合には気流規制リング４を高く例えば１７．５〜２７．５ｍｍに設定し、回転速度が大きい場合には気流規制リング４を低く例えば７．５〜１７．５ｍｍに設定する。なお、これらは一例であり、実際にどのように設定するかは予め実験を行って決めるのが好ましい。

続いて上述の塗布処理装置を用いて、基板Ｇの表面に塗布液例えばレジストを塗布する工程について説明する。先ず気流規制リング４が上方位置に設定され、また塗布液ノズル５がカップ体３の外側にて待機し、更に排気手段３９によりカップ体３内を排気した状態にて、図示しない基板搬送アームがカップ体３の上面と気流規制リング４の裏面との間に横方向から進入し、カップ体３の開口領域３１の上方に基板Ｇを案内する。次いで基板支持ピン２４が上昇して基板搬送アームから基板Ｇを受け取り、そして下降してスピンチャック２に基板Ｇを受け渡しする一方で、基板搬送アームが後退する。また気流規制リング４が下降し、制御部６にて読み出されこれから実施する塗布処理の塗布条件に応じた高さ位置に設定される。

続いてノズルアーム５３が予定とする種類のレジストを吐出可能な塗布液ノズル５を待機部５６から取り出して基板Ｇの表面中心部から僅かに浮かせた位置に塗布液ノズル５を案内する。しかる後、スピンチャック２を例えば２〜３秒間、第１の周速度例えば２５００ｒｐｍで基板Ｇを高速回転させると共に塗布液ノズル５の吐出孔５０からレジストを基板Ｇの中心部に向けて例えば１．５秒間吐出する塗布工程が行われる。このとき基板Ｇの表面に供給されたレジストは、回転する基板Ｇの遠心力の作用により周縁側に向かって広がっていき、更に基板Ｇ上の余剰のレジストが振り切られる。なおレジストを基板Ｇに塗布した後、基板Ｇを回転させるようにしてもよい。レジストを吐出し終わってから例えば２．０秒後に、第２の周速度例えば１００ｒｐｍで基板Ｇを例えば１５〜３０秒間低速回転させるスピン乾燥工程が行われる。基板Ｇの表面上のレジスト液に含まれるシンナの蒸発を促進させて、残ったレジスト成分により基板Ｇの表面に例えば厚さ０．５μｍ程度のレジスト膜が形成される。しかる後、気流規制リング４を待機位置まで上昇させた後、基板支持ピン２４により上方位置に突き上げられた基板Ｇを図示しない基板搬送アームが受け取って当該塗布処理装置から搬出する。

ここで基板Ｇが鉛直軸回りに回転する際に形成される気流の流れについて図５を用いて詳しく説明すると、基板Ｇの表面にあるレジストから蒸発した溶剤成分は、回転系で考えると当該基板Ｇが回転していることからその表面に沿って外方側に渦巻き状に流れる溶剤蒸気の気流を形成する。その一方で、カップ体３内は基板Ｇの下方側から排気されており、また基板Ｇが回転しているため、カップ体３の開口領域３１の上方側から基板Ｇの表面に向かう気流（ダウンフロー）例えば温度及び湿度がコントロールされた空気からなる気流が形成される。以下においては説明の便宜上この気流を空気流と呼ぶものとするが、この気流は溶剤濃度の低い気体であれば空気に限られない。この上方側からの空気流にうち、基板Ｇの隅部に対応する位置に向かう空気流は気流規制リング４に受け止められてカップ体３内に進入することが規制され、その内側の内径領域を通過した空気流は基板Ｇの表面近くでその向きを横方向に変え、前記溶剤蒸気の渦流に取り込まれて当該基板Ｇの周縁部から下方側に排気される。

ここで気流規制リング４が高い位置に設定されている場合には、図６（ａ）に模式的に示すように、気流規制リング４を通過した空気流は、基板Ｇの表面までの距離が遠いのでこの基板Ｇの表面に到達するまでに外方側に広がり、そのためこの空気流の当たる基板Ｇの表面領域は広い（空気流の当たる位置が基板Ｇの隅部側に寄っている）。従って溶剤蒸気の渦流は空気を取り込む量が多いので、基板Ｇの隅部の上方を通過する溶剤蒸気の渦流は溶剤濃度が低い。反対に気流規制リング４が低い位置に設定されている場合には、図６（ｂ）に模式的に示すように、気流規制リング４を通過した空気流は殆ど外方側に広がらずに直ぐに基板Ｇの表面に到達するので、この空気流の当たる基板Ｇの表面領域は狭い（空気流の当たる位置が基板Ｇの隅部から離れている）。従って、溶剤蒸気の渦流は前記高く設定しているときに比べて空気を取り込む量が少なく、基板Ｇの隅部の上方を通過する渦流は溶剤濃度が高い。

上述の実施の形態によれば、気流規制リング４を昇降自在に設けているため、例えば塗布液の種類、ターゲット膜厚、ターゲットエリア、及び基板Ｇの回転速度など塗布条件の異なる基板Ｇを処理する場合であっても基板Ｇ毎に気流規制リング４を適正な高さ位置に設定して、上方からの空気流が当たる基板Ｇの表面の領域を制御することにより、隅部表面の上方近傍にある雰囲気の溶剤成分濃度が調整されて当該隅部表面のレジストの蒸発速度を抑え、その内側の領域にあるレジストの蒸発速度との差を小さくすることができる。このため基板Ｇの面内で溶剤の蒸発速度のばらつきが小さくなるので、基板Ｇの隅部表面にあるレジストがその内側にあるレジストよりも早く乾燥してその膜厚が厚くなることが少ない。その結果として基板Ｇの表面に面内均一性の高いレジスト膜を形成することができる。即ち、気流規制リング４の高さを調整することにより、気流規制リング４の内径を調整した場合と同じ作用を得ることを実現化することができ、ある内径に設定された共通の気流規制リング４を用いて塗布条件の異なる基板Ｇを高精度に塗布処理することができる。このため塗布条件が変るとき、例えばロットの切り替わり時に気流規制リング４の交換をしなくて済み、スループットが向上する。また本発明においては、更により多くの製造品種に対応するために、例えば互いに異なるある内径に設定した気流規制リング４をいくつか用意しておき、これら気流規制リング４を交換するようにしてもよい。このような場合であっても気流規制リング４を昇降する構成としたことにより、気流規制リング４の数や交換する頻度を少なくすることができる。更には気流規制リング４の内径と高さ位置との組み合わせで基板Ｇに当たるダウンフローを調整してもよく、このようにすれば気流をよりきめ細かく調整できるので、基板Ｇにおける膜厚の面内均一性を一層向上させることができる。

なお塗布条件である塗布液の種類、ターゲット膜厚、ターゲットエリア、及び基板Ｇの回転速度に対応付けて気流規制リング４の高さを設定する構成に限られず、これらのうちの少なくとも一つに対応付けて気流規制リング４の高さの設定値を決めるようにしてもよい。

本発明においては、基板Ｇに塗布液を供給する前に気流規制リング４を所定の高さに設定する構成に限られず、例えば塗布終了（スピン乾燥開始）のタイミングに併せて気流規制リング４を所定の高さ位置に設定するようにしてもよい。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。更には、塗布中に、例えば塗布液を基板Ｇの表面に広げているとき、又は溶剤が蒸発し終わる前であればスピン乾燥を行っているときになど、その工程の最中に気流規制リング４を所定の高さに設定するようにしてもよい。

更には、互いに高さの異なる複数の設定値を決めておき、気流規制リング４の高さの設定値を塗布処理の途中で変えるようにしてもよい。具体的には、例えば塗布液を基板Ｇの表面に広げているときには第１の高さに設定し、スピン乾燥を行っているときには第２の高さに設定するといったように、各工程毎に高さの設定値を設けるようにしてもよい。このように塗布処理中に気流規制リング４の高さを変更する場合には、基板Ｇの回転数に応じて、例えば先の実施例に当てはめれば基板Ｇを２５００ｒｐｍで回転させているときには第１の高さに設定し、回転数を１００ｒｐｍに落としたときには第１の高さよりも高い第２の高さに設定するようにしてもよい。この場合、気流規制リング４の高さの変更のタイミングは回転数の検出結果に基づいて行ってもよいが、時間で管理してもよい。このような構成であっても上述の場合と同様の効果を得ることができ、各工程毎に適切な高さに気流規制リング４を設定することで、より確実に面内均一な塗布処理を行うことが期待できる。

また更に、塗布工程又はスピン乾燥時中に気流規制リング４の高さを変えるようにしてもよい。具体的には、例えばスピン乾燥を行っている際において、塗布液に含まれる溶剤濃度が高いときには第１の高さと、この濃度よりも低いある濃度における第２の高さとを設定しておき、始めに第１の高さに設定してスピン乾燥を行い、例えば所定の時間が経過して蒸発が進んで前記ある濃度まで溶剤濃度が下がったときに例えば第１の高さよりも高い第２の高さに変えるようにしてもよい。このような場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。

本発明においては、気流規制リング４と基板Ｇの隅部表面との間に流れ込む気流に溶剤成分を供給する溶剤成分供給部例えば蒸気又は溶剤蒸気を含む気流あるいは溶剤ミストのいずれかを吐出可能な吐出口を有する溶剤成分供給ノズルを備えた構成であってもよい。図７は溶剤蒸気を供給する例を記載してある。図中７は、溶剤供給ノズルであり、その下端側先端には吐出口７１が形成されている。更に当該溶剤供給ノズル７には供給路７２を介して溶剤蒸気供給源７３と接続されている。この場合、例えばその吐出口７１が気流規制リング４の内周縁の近傍に位置するように溶剤供給ノズル７を配置し、例えばレジストの塗布時及び／又はその後のスピン乾燥時において鉛直軸回りに回転する基板Ｇの隅部表面と気流規制リング４との隙間に向かう気流に溶剤蒸気を供給するようにする。このような構成にあっては、隅部の上方を通過する気流に含まれる溶剤成分の濃度をより確実に調整することができるので、結果として上述の場合と同様の効果をより確実に得ることができる。

更には、溶剤成分供給部は上記溶剤供給ノズル７に限られず、例えば図８に示すように、気流規制リング４の裏面側に溶剤成分供給部である溶剤成分の吐出口７４を設けた構成であってもよい。この吐出口７４は表面側に形成された供給口７５と例えば気流規制リング４の内部に形成された流路７６を介して連通している。このような構成であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。

更に本発明においては、塗布条件に基づいて気流規制リング４の高さを調整する構成に限られず、例えば上述の塗布処理装置をユニット化した塗布ユニット毎に気流規制リングの高さの設定値を設定する構成であってもよい。即ち、塗布条件の同じ基板Ｇであっても、例えば塗布・現像装置に複数の塗布ユニットを組み込んだ場合、例えばこれら塗布ユニットが置かれる配置などにより、僅かではあるが各ユニット間で塗布膜の膜厚プロファイルが異なることがある。この場合に各ユニット毎に気流規制リング４の高さを調整するようにすれば、これら複数のユニット間で均一な塗布処理ができることが期待できる。更には、塗布条件に基づいて気流規制リング４の高さを調整するように設定されたユニット間で膜厚プロファイルに差がある場合に、これらユニット間で膜厚プロファイルの微調整をするようにしてもよい。

更に本発明においては、気流規制リング４の内周面は垂直面に形成する構成に限られず、例えば図９に示すように、外方下方側に傾斜する傾斜面に形成してもよい。この場合、上方からの気流は傾斜面により一端内側に寄ろうとするので、例えば気流の当たる領域を小さく設定して塗布処理する場合に、より確実にその領域を小さくすることが期待できる。反対に、例えば気流の当たる領域を大きく設定して塗布処理する場合には、例えば図１０に示すように、気流規制リング４の内周面を外方上方側に傾斜する傾斜面に形成してもよい。

本発明においては、基板Ｇの表面に向かう上方からの気流は、パーティクルの付着を防止するためのダウンフローの場合もある。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。

更に本発明においては、塗布液はレジストに限られず、例えば層間絶縁膜用の塗布液であってもよい。更に基板Ｇはマスク基板に限られず、例えば液晶ディスプレイ用のガラス基板などであってもよく、更には半導体ウエハであってもよい。

最後に本発明の塗布処理装置を塗布ユニットＵ１として組み込んだ、塗布・現像装置の一例について図１１および図１２を参照しながら説明する。図中Ｂ１は複数枚の基板Ｇを収納したキャリア ８０を載置するキャリア載置部８１と、受け渡し手段８２を備えたキャリアブロックＢ１であり、このキャリアブロックＢ１の奥側には処理ブロックＢ２が接続されている。処理ブロックＢ２には主搬送手段例えば上述の搬送アーム５が設けられ、これを取り囲むように例えばキャリアブロックＢ１からみて右側には上述の塗布ユニットＵ１および露光処理後の基板を現像するための現像ユニットＵ２が設けられ、左側には基板を洗浄するための洗浄ユニットＵ３が設けられ、更に手前側および奥側には基板Ｇを加熱および冷却処理するための加熱・冷却ユニットおよび基板受け渡し用の受け渡しユニットなどを多段に積層した棚Ｕ４、Ｕ５が設けられている。また搬送アーム５は例えば昇降及び前後に移動自在で且つ鉛直軸周りに回転自在に構成されており、塗布ユニットＵ１、現像ユニットＵ２、洗浄ユニットＵ３および棚ユニットＵ４、Ｕ５間で基板Ｇの受け渡しが可能なように構成されている。更にまた、処理ブロックＢ２は、インターフェイスブロックＢ３を介して例えばレジスト膜が形成された基板に所定のマスクを用いて露光処理するための露光ブロックＢ４と接続されており、またこのインターフェイスブロックＢ３には受け渡し手段８３が設けられ、棚ユニットＵ５の棚の一つである受け渡しユニットと、露光ブロックＢ４との間で基板Ｇの受け渡しが可能なように構成されている。

この装置の基板Ｇの流れについて簡単に説明すると、先ず外部から基板Ｇが収納されたキャリア８０がキャリア載置部８１に搬入されると、受け渡し手段８２によりカセットＣ内から基板Ｇが１枚が取り出され、棚ユニットＵ４の棚の一つである受け渡しユニットを介して搬送アーム５に渡され、洗浄ユニットＵ３→加熱ユニット→冷却ユニット→塗布ユニットＵ１に順次搬入されて上述の手法にて例えばレジスト膜が形成される。次いで加熱ユニットでプリベーク処理が行われ、冷却ユニットで所定の温度に調整された後、受け渡し手段８３を介して露光ブロックＢ４に搬入されて露光が行われる。しかる後、基板Ｇは加熱ユニットに搬入されて所定の温度でポストエクスポージャーベーク処理が行われ、次いで冷却ユニットで所定の温度に温調された後、現像ユニットＵ２にて現像処理が行われる。こうして所定の処理が施され、その表面に例えばレジストマスクパターンが形成された基板Ｇは元のキャリア８０内に戻される。

本発明の実施の形態に係る塗布処理装置を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る塗布処理装置を示す平面図である。 上記塗布処理装置の制御系を説明する説明図である。 上記塗布処理装置で塗布するターゲットエリアを示す説明図である。 上記塗布処理装置で塗布される基板の表面を流れる気流の様子を示す説明図である。 上記塗布処理装置で塗布される基板の表面を流れる気流の様子を示す説明図である。 上記塗布処理装置に設けられる気流規制リングの他の例を示す説明図である。 上記塗布処理装置に設けられる気流規制リングの更に他の例を示す説明図である。 上記塗布処理装置に設けられる気流規制リングの更に他の例を示す説明図である。 上記塗布処理装置に設けられる気流規制リングの更に他の例を示す説明図である。 本発明の塗布処理装置が組み込まれる塗布・現像装置を示す平面図である。 本発明の塗布処理装置が組み込まれる塗布・現像装置を示す斜視図である。 従来のスピンコーティング法を示す説明図である。 従来のスピンコーティング法で形成された塗布膜の様子を示す説明図である。 従来のスピンコーティング法の他の例を示す説明図である。

符号の説明

Ｇ 基板
２ スピンチャック
２２ 駆動機構
３ カップ体
４ 気流規制リング
４１ 端面部
４４ 昇降機構
５ 塗布液ノズル
６ 制御部
７ 溶剤成分供給ノズル

Claims (14)

1. 塗布膜形成成分及び溶剤を含む塗布液を角型の基板の表面に塗布し、この基板を鉛直軸回りに回転させることにより基板の表面に薄膜状に塗布液を広げる塗布処理装置において、
   前記基板を水平に保持する基板保持部と、
   この基板保持部上の基板を鉛直軸回りに回転させる回転機構と、
   前記基板保持部を囲むように設けられ、その内部雰囲気を排気するための排気路が接続されたカップと、
   基板の表面に塗布液を供給する塗布液ノズルと、
   前記基板保持部に保持された基板の隅部表面と対向して設けられ、この基板上の気流を規制する気流規制リングと、
   この気流規制リングを昇降させる昇降機構と、
   塗布液の種類、塗布膜の目標膜厚、及び塗布工程時の基板の回転数の組み合わせと気流規制リングの高さの設定値とを対応付けたデータを記憶する記憶部と、
   前記記憶部から塗布液の種類、塗布膜の目標膜厚、及び塗布工程時の基板の回転数の組み合わせに対応する気流規制リングの高さの設定値を読み出して、前記昇降機構を介して基板に対する気流規制リングの高さを制御する制御部と、を備え、
   前記高さの設定値の範囲においては、気流規制リングと前記カップとの隙間は、当該隙間から外部雰囲気の気体が流入することによる基板の周縁部の気流の乱れが起こらずかつ昇降に支障のない大きさとなっていることを特徴とする塗布処理装置。
2. 前記気流規制リングは前記カップの内周に沿って設けられたことを特徴とする請求項１記載の塗布処理装置。
3. 前記記憶部は、塗布処理中の基板の回転数のプロファイルにおける基板の回転数に応じて気流規制リングの高さを変更するためのデータを記憶し、
   前記制御部は、基板の塗布処理中に前記データに基づいて気流規制リングの高さを制御することを特徴とする請求項１又は２記載の塗布処理装置。
4. 前記記憶部は、所定値以上の面内均一性が得られる基板表面の目標領域を前記組み合わせの中に更に含めていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の塗布処理装置。
5. 前記昇降機構により昇降される支持部材を備え、気流規制リングはこの支持部材に着脱自在に設けられていて、互いに内径が異なる気流規制リングの間で交換可能であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の塗布処理装置。
6. 基板表面上に形成される気流に溶剤を蒸気またはミストとして供給する溶剤供給部を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の塗布処理装置。
7. 溶剤供給部は、気流規制リングに設けられた溶剤流路と気流規制リングの下面に開口する溶剤供給口とを含むことを特徴とする請求項６記載の塗布処理装置。
8. その内部雰囲気を排気するための排気路が接続されたカップ内に設けられた基板保持部に角型の基板を水平に保持させると共に基板の隅部表面に気流規制リングを対向させる工程と、
   塗布液の種類、塗布膜の目標膜厚、及び塗布工程時の基板の回転数の組み合わせと気流規制リングの高さの設定値とを対応付けたデータを記憶した記憶部から前記データを読み出し、前記組み合わせに対応する気流規制リングの高さの設定値を読み出して、前記昇降機構を介して基板に対する気流規制リングの高さを制御する工程と、
   塗布膜形成成分及び溶剤を含む塗布液を前記基板の表面に供給すると共に前記基板保持部を鉛直軸周りに回転させることにより、前記気流規制リングにより基板上の気流が規制された状態で当該基板の表面に塗布液を広げる工程と、を含み、
   前記高さの設定値の範囲においては、気流規制リングと前記カップとの隙間は、当該隙間から外部雰囲気の気体が流入することによる基板の周縁部の気流の乱れが起こらずかつ昇降に支障のない大きさとなっていることを特徴とする塗布処理方法。
9. 前記気流規制リングは、前記カップの内周に沿って設けられていることを特徴とする請求項８記載の塗布処理方法。
10. 基板の塗布処理中に気流規制リングの高さを変更する工程を含むことを特徴とする請求項８又は９記載の塗布処理方法。
11. 気流規制リングの高さは、塗布処理中の基板の回転数のプロファイルにおける基板の回転数に応じて変更することを特徴とする請求項１０記載の塗布処理方法。
12. 前記記憶部内のデータは、所定値以上の面内均一性が得られる基板表面の目標領域を前記組み合わせの中に更に含めていることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか一つに記載の塗布処理方法。
13. 基板表面上に形成される気流に溶剤を蒸気またはミストとして供給することを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか一つに記載の塗布処理方法。
14. 前記溶剤は、気流規制リングの下面に開口する溶剤供給口から供給されることを特徴とする請求項１３記載の塗布処理方法。

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