JP2000051770A - 膜厚分布調整方法及びこれを用いた基板塗布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 供給ノズルと基板面との間隔を調節すること
によって所望の膜厚分布に調整することができつつも、
待ち時間を短縮して処理効率を向上することができる。 【解決手段】 スピンチャック１に支持された基板Ｗの
上方にあたる供給位置に供給ノズル７を移動して塗布液
を供給し、スピンチャック１により基板Ｗを回転させる
ことによってその表面全体に塗布被膜を形成する基板塗
布装置において、供給ノズル７と基板Ｗ面との間隔Ｈを
調節する昇降機構２１を備え、供給位置における間隔Ｈ
を所望の膜厚分布に応じて調節する。これにより塗布液
が基板面に落下する際の衝撃度合いや拡がってゆく際の
挙動が変わり、所望の膜厚分布に調整することができ
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、半導体ウエハなど
の基板に対してフォトレジスト液などの塗布液を供給し
て基板の表面全体に形成される塗布被膜の膜厚分布を調
節するための膜厚分布調整方法及びこれを用いた基板塗
布装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の膜厚分布調整方法として
は、基板の周囲の環境温度などを一定に保持した状態
で、所望の膜厚分布に応じて塗布液自体の温度または塗
布前の基板冷却処理における冷却温度の変更が行われて
いる。

【０００３】所望の膜厚分布とは、基板の面内において
ほぼ均一であることが一般的である。このような膜厚分
布を得るための上記温度は、基板の種類やその表面状
態、塗布液の種類、回転数などの塗布条件などによって
異なるため、これらの条件を変えた場合には上記温度を
調節している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来例の場合には、次のような問題がある。すなわ
ち、膜厚分布調整のために塗布液または冷却処理の温度
を変更するので、少なくとも温度が目標値に達するまで
の時間が無駄な待ち時間として生じることになる。した
がって、所望の膜厚分布に調整した後の塗布処理に至る
までの待ち時間が長くなって処理効率が低下するという
問題がある。特に、枚葉処理において順次に基板を処理
してゆく際にはタクトタイムのずれが問題となる場合が
ある。

【０００５】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、供給ノズルと基板面との間隔を調節す
ることによって所望の膜厚分布に調整することができつ
つも、待ち時間を短縮して処理効率を向上することがで
きる膜厚分布調整方法及びこれを用いた基板塗布装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【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に記載の方法発明は、基板に対して供給ノ
ズルから塗布液を供給し、基板を回転させることによっ
て表面全体に形成される塗布被膜の膜厚分布を調整する
膜厚分布調整方法において、塗布液を供給する際の供給
ノズルと基板面との間隔を所望の膜厚分布に応じて調節
するようにしたことを特徴とするものである。

【０００７】また、請求項２に記載の装置発明は、回転
支持手段に支持された基板の上方にあたる供給位置に供
給ノズルを移動して塗布液を供給し、前記回転支持手段
により基板を回転させることによってその表面全体に塗
布被膜を形成する基板塗布装置において、前記供給ノズ
ルと基板面との間隔を調節する調節手段を備え、供給位
置における前記間隔を所望の膜厚分布に応じて調節する
ようにしたことを特徴とするものである。

【０００８】また、請求項３に記載の装置発明は、請求
項２に記載の基板塗布装置において、前記調節手段は、
基板面に対する前記供給ノズルの高さを調節するもので
あることを特徴とするものである。

【０００９】また、請求項４に記載の装置発明は、請求
項３に記載の基板塗布装置において、前記装置はさら
に、前記回転支持手段による基板の回転数と、所望する
膜厚分布に応じた膜厚分布情報とを含む処理プログラム
を予め記憶する記憶手段と、前記処理プログラムを実行
する際に、供給ノズルの高さを前記膜厚分布情報に基づ
いて前記調節手段を介して調節する制御手段とを備えた
ことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】請求項１に記載の方法発明の作用は次のとおり
である。すなわち、供給ノズルと基板面の間隔を調節す
ると塗布液が基板面に達する際の衝撃や、供給された塗
布液が基板の回転中心付近から周辺部への拡がって行く
際の挙動に変化が生じて塗布被膜の膜厚分布が変わる。
したがって、供給ノズルと基板面との間隔を調節すれ
ば、塗布液自体の温度または塗布前の基板冷却処理にお
ける冷却温度を変更することなく塗布被膜を所望の膜厚
分布に調整することができる。

【００１１】例えば、図３は、塗布時の回転数などの条
件を一定にして供給ノズルと基板面との間隔を図３
（ａ）では３ｍｍに、図３（ｂ）では５ｍｍに、図３
（ｃ）では１０ｍｍに設定し、８インチ径の基板に対し
て塗布液としてフォトレジスト液を供給ノズルから供給
することにより形成されたフォトレジスト被膜について
膜厚の面内均一性を測定した結果を示すグラフである。
これらのグラフでは、横軸のｘ＝０の箇所が基板の中央
部である。これらのグラフから、図３（ｂ）のように間
隔を５ｍｍにした場合が最も面内均一性が良好であるこ
とが判る。また、その間隔の前後に相当する図３（ａ）
の３ｍｍでは基板の中央部が周辺部に比較して若干薄く
なり、図３（ｃ）の１０ｍｍでは基板の中央部が周辺部
に比較してより薄くなっていることが判る。これらのグ
ラフから供給ノズルと基板面との間隔を調節すれば、基
板面内における膜厚分布を調整できることが明らかであ
る。

【００１２】また、請求項２に記載の装置発明の作用は
次の通りである。回転支持手段に支持された基板の表面
と供給ノズルとの間隔を調節手段により調節すると、塗
布液が基板面に達する際の衝撃や、供給された塗布液が
基板の回転中心付近から周辺部への拡がって行く際の挙
動に変化が生じて塗布被膜の膜厚分布が変わる。したが
って、調節手段により所望の膜厚分布に応じて前記間隔
を調節すれば、塗布液自体の温度または塗布前の基板冷
却処理における冷却温度を変更することなく塗布被膜を
所望の膜厚分布に調整することができる。

【００１３】また、請求項３に記載の装置発明によれ
ば、基板面に対する供給ノズルの高さを調節するように
調節手段を構成しても、供給ノズルと基板面との間隔を
調節して膜厚分布を調整することができる。

【００１４】また、請求項４に記載の装置発明によれ
ば、制御手段が記憶手段に記憶されている処理プログラ
ムを実行する際に、膜厚分布情報に基づき調節手段を介
して供給ノズルの高さを調節する。したがって、膜厚分
布情報を予め設定しておくことにより、処理プログラム
に設定されている塗布液の種類などの塗布条件に応じて
所望の膜厚分布となるようにすることができる。

【００１５】

【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、本発明に係る膜厚分布調整
方法を採用した基板塗布装置の概略構成を示す図であ
る。

【００１６】基板Ｗは、例えば、真空吸引式のスピンチ
ャック１によって水平姿勢で吸着支持される。本発明の
回転支持手段に相当するスピンチャック１は、電動モー
タ３によって回転軸芯Ｐ１周りに回転駆動されるように
なっており、その周囲には基板Ｗの表面に供給されたフ
ォトレジスト液などの塗布液が飛散することを防止する
ための飛散防止カップ５が昇降自在に配備されている。

【００１７】飛散防止カップ５の側方には、塗布液を供
給するための供給ノズル７が配備されている。この供給
ノズル７は、その下方に向けられた吐出孔７ａが飛散防
止カップ５の側方にあたる待機位置（図中の二点鎖線）
と、回転軸芯Ｐ１の上方にあたる供給位置（図中の実
線）とにわたって揺動されるようになっている。

【００１８】このように供給ノズル７を揺動するのはノ
ズル揺動機構９である。揺動アーム１１の一端側から立
設され、塗布液を吐出孔７ａに送り込むための図示しな
い配管が挿通された中空部材１３は、その上端部が、吐
出孔７ａの反対側にあたる供給ノズル７の基端部側に取
り付けられている。揺動アーム１１の他端部側には、揺
動アーム１１ごと供給ノズル７を揺動するための電動モ
ータ１５が配備されている。この電動モータ１５の回転
軸１５ａは揺動軸芯Ｐ２周りに回転し、この回転軸１５
ａには主動プーリ１５ｂが取り付けられている。この主
動プーリ１５ｂと、電動モータ１５に並設されたエンコ
ーダ１７の従動プーリ１７ａとの間にはタイミングベル
ト１９が架け渡されており、電動モータ１５による揺動
駆動量がエンコーダ１７によって検出されるようになっ
ている。

【００１９】次に、ノズル揺動機構９を昇降する昇降機
構２１について説明する。電動モータ１５とエンコーダ
１７は、Ｌの字状を呈する昇降アーム２３の延出部に取
り付けられている。装置に位置固定で配設されたコの字
状のフレーム２５には、上下方向に螺軸２７とガイド軸
２９が取り付けられている。昇降部材３１は螺軸２７に
螺合されるとともに、ガイド軸２９に摺動自在に取り付
けられている。また、フレーム２５の側面には、螺軸２
７を駆動するためのステッピングモータ３３が取り付け
られ、その回転軸には主動プーリ３３ａが取り付けられ
ている。この主動プーリ３３ａと、螺軸２７に連動連結
した従動プーリ２７ａとの間には、タイミングベルト３
５が架け渡されており、ステッピングモータ３３の駆動
が螺軸２７に連動するように構成されている。したがっ
て、ステッピングモータ３３を回転駆動することによっ
てノズル揺動機構９が昇降駆動されるようになってい
る。

【００２０】上記のように構成されている昇降機構２１
は、待機位置にある供給ノズル７を供給位置に移動する
際に、飛散防止カップ５の周縁を越えるために駆動され
るとともに、供給位置における供給ノズル７と基板Ｗの
表面との間隔（供給ノズル高さＨ）を調整するため駆動
される。つまり、昇降機構２１は、本発明の調節手段に
相当する。

【００２１】本発明の制御手段に相当する制御部３７
は、電動モータ３，１５を回転駆動するとともに、エン
コーダ１７により駆動量を検出しながら供給ノズル７の
揺動駆動を制御するようになっている。また、ステッピ
ングモータ３３には、昇降量に応じたパルス列を出力す
ることによって昇降駆動を制御している。その他に、供
給ノズル７からの塗布液の供給タイミングや供給時間を
制御している。

【００２２】制御部３７には、記憶手段に相当するメモ
リ３９と操作部４１が接続されている。メモリ３９は、
図２に示す処理プログラムの模式図のように、所望する
膜厚分布に応じた膜厚分布情報に相当する供給ノズル高
さＨと、電動モータ３による第１の回転数と、供給ノズ
ル７からの塗布液の供給時間と、電動モータ３による第
２の回転数とを含む処理プログラムを複数個予め記憶し
ているものである。このような処理プログラムは、キー
ボード等からなる操作部４１により装置のオペレータな
どによって入力設定されるものである。

【００２３】上記の膜厚分布情報は、基板Ｗの面内にお
ける所望する膜厚分布に応じたものであり、例えば、あ
るフォトレジスト液を塗布液として使用し、供給位置に
おける供給ノズル高さＨだけを変えて８インチ径の基板
に対して同じ処理プログラムで塗布する実験を行った結
果、供給ノズル高さＨと面内における塗布被膜の膜厚分
布は図３（ａ）〜（ｃ）のようになった。なお、各グラ
フは、供給ノズル高さＨが順に３ｍｍ，５ｍｍ，１０ｍ
ｍを表しており、凡例はグラフ中にプロットした５枚の
基板を表している。

【００２４】供給ノズル高さＨ：３ｍｍの場合には基板
の中心が周辺部に比較してやや薄くなり、供給ノズル高
さＨ：５ｍｍの場合には良好な均一性を示し、供給ノズ
ル高さＨ：１０ｍｍの場合には中心部が周辺部に比較し
てより薄くなっている。これらのグラフから明らかなよ
うに供給ノズル高さＨを変えると膜厚分布が調整できる
ので、塗布液や基板の種類や、処理プログラムに設定さ
れている塗布条件に応じて所望の膜厚分布となるように
供給ノズル高さＨを膜厚分布情報として予め処理プログ
ラムに設定しておく。この例の場合、膜厚分布情報とし
て供給ノズル高さＨ：５ｍｍを設定するのが一般的であ
る。

【００２５】また、ある反射防止膜剤を塗布液として使
用し、供給位置における供給ノズル高さＨだけを変えて
上記同様に塗布する実験を行った結果、供給ノズル高さ
Ｈと塗布被膜の膜厚分布は図４（ａ）〜（ｃ）のように
なった。供給ノズル高さＨ：３ｍｍの場合には塗布ムラ
（筋状のむらでストリエーションと呼ばれている）が発
生して膜厚分布が極端に悪化し、供給ノズルの高さＨ：
５ｍｍの場合には良好な均一性を示し、供給ノズル高さ
Ｈ：１０ｍｍの場合にはＨ：５ｍｍよりも良好な膜厚分
布を示している。このような塗布液の場合には、膜厚分
布情報として供給ノズル高さＨ：３ｍｍを設定するのが
一般的であるが、場合によっては供給ノズル高さＨ：５
ｍｍに設定する。

【００２６】次に、第１の処理プログラムには塗布液と
してフォトレジスト液が設定されているとともに供給ノ
ズル高さＨ：５ｍｍが設定され、第２の処理プログラム
には塗布液として反射防止膜剤が設定されているととも
に供給ノズル高さＨ：３ｍｍが設定されている場合を例
に採り、上述した構成の基板塗布装置の動作について説
明する。

【００２７】処理対象の基板Ｗを図示しない搬送機構を
制御してスピンチャック１に載置した後、制御部３７は
ノズル揺動機構９の電動モータ１５を駆動して供給ノズ
ル７を供給位置に移動する。次に、制御部３７は、昇降
機構２１のステッピングモータ３３に処理プログラムに
基づく所定のパルス列を与え、供給ノズル高さＨ：５ｍ
ｍに設定する。そして、処理プログラムに規定されてい
る第１の回転数で電動モータ３を駆動するとともに供給
ノズル７からフォトレジスト液を供給し、第２の回転数
で電動モータ３を駆動する。次に、昇降機構２１および
ノズル揺動機構９によって供給ノズル７が待機位置に移
動された状態で、フォトレジスト被膜が形成された基板
Ｗを図示しない搬送機構により搬出する。このようにし
て形成されたフォトレジスト被膜の膜厚分布は、処理プ
ログラムに規定された供給ノズル高さＨ：５ｍｍによる
ものであって、所望する膜厚分布になっている。

【００２８】次に、第２の処理プログラムによる処理の
場合を説明する。処理対象の基板Ｗがスピンチャック１
に載置された後、制御部３７は第２の処理プログラムに
基づいて供給ノズル高さＨ：３ｍｍに設定する。そし
て、第１の回転数で基板Ｗを回転させつつ〔上記の供給
ノズル７とは異なる〕供給ノズル７から反射防止膜剤を
供給し、次に、第２の回転数で電動モータ３を駆動す
る。供給ノズル７が待機位置に移動された状態で、反射
防止膜が形成された基板Ｗを図示しない搬送機構で搬出
する。このようにして形成された反射防止膜の膜厚分布
は、処理プログラムに規定された供給ノズル高さＨ：３
ｍｍによるものであって、所望する膜厚分布となる。

【００２９】上述したように昇降機構２１により所望の
膜厚分布に応じて供給ノズル７の基板Ｗ面に対する高さ
Ｈを調節することによって、塗布液自体の温度または塗
布前の基板冷却処理における冷却温度を変更することな
く塗布被膜を所望の膜厚分布に調整することができる。
したがって、膜厚分布を調整する際の待ち時間を短縮し
て処理効率を向上することができる。また、供給ノズル
高さＨを予め設定しておくことにより、処理プログラム
に設定されている塗布条件に応じて所望の膜厚分布とな
るように調整することができる。したがって、基板を順
次に処理してゆく自動処理を好適に実施することができ
る。

【００３０】なお、上述した実施例では、昇降機構２１
により供給ノズル７の基板Ｗの表面に対する高さを変え
ることによって供給ノズル７と基板Ｗの表面との間隔を
調節したが、これに代えてスピンチャック１の高さを変
えるようにしてもよい。

【００３１】また、上述した説明では、塗布液としてフ
ォトレジスト液と反射防止膜剤を例に採って説明した
が、この他に塗布液としてはポリイミド樹脂、シリカ系
被膜形成材、強誘電体材料などが例示される。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の方法発明によれば、塗布液自体の温度または
塗布前の基板冷却処理における冷却温度を変更すること
なく、供給ノズルと基板面との間隔を調節して塗布被膜
を所望の膜厚分布に調整するので、膜厚分布を調整する
際の待ち時間を短縮して処理効率を向上することができ
る。

【００３３】また、請求項２に記載の装置発明によれ
ば、調節手段により所望の膜厚分布に応じて供給ノズル
と基板面との間隔を調節することによって、塗布液自体
の温度または塗布前の基板冷却処理における冷却温度を
変更することなく塗布被膜を所望の膜厚分布に調整する
ことができる。したがって、膜厚分布を調整する際の待
ち時間を短縮して処理効率を向上することができる。

【００３４】また、請求項３に記載の装置発明によれ
ば、基板面に対する供給ノズルの高さを調節するように
調節手段を構成しても、供給ノズルと基板面との間隔を
調節して膜厚分布を調整できる。また、通常は高速回転
する回転支持手段の高さを調節する構成に比較して構成
を簡単化することができる。

【００３５】また、請求項４に記載の装置発明によれ
ば、制御手段が記憶手段に記憶されている処理プログラ
ムを実行する際に、膜厚分布情報に基づき調節手段を介
して供給ノズルの高さを調節するので、膜厚分布情報を
予め設定しておくことにより、処理プログラムに設定さ
れている塗布条件に応じて所望の膜厚分布となるように
調整することができる。したがって、基板を順次に処理
してゆく自動処理を好適に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る基板塗布装置の概略構成を示す図
である。

【図２】メモリに記憶されている処理プログラムの一例
を示す模式図である。

【図３】供給ノズルの高さを変えてフォトレジスト液を
塗布した場合の膜厚分布を示すグラフである。

【図４】供給ノズルの高さを変えて反射防止膜剤を塗布
した場合の膜厚分布を示すグラフである。

【符号の説明】

Ｗ … 基板 １ … スピンチャック（回転支持手段） ３ … 電動モータ ５ … 飛散防止カップ ７ … 供給ノズル ７ａ … 吐出口 ９ … ノズル揺動機構 １５ … 電動モータ １７ … エンコーダ ２１ … 昇降機構（調節手段） ２３ … 昇降アーム ２７ … 螺軸 ２９ … ガイド軸 ３３ … ステッピングモータ ３７ … 制御部（制御手段） ３９ … メモリ（記憶手段）

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H025 AA00 AB16 EA05 4D075 AC64 AC84 AC88 AC92 AC93 DA08 DC22 4F042 AA07 EB18 EB19 EB29 5F046 JA02 JA13

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に対して供給ノズルから塗布液を供
   給し、基板を回転させることによって表面全体に形成さ
   れる塗布被膜の膜厚分布を調整する膜厚分布調整方法に
   おいて、 塗布液を供給する際の供給ノズルと基板面との間隔を所
   望の膜厚分布に応じて調節するようにしたことを特徴と
   する膜厚分布調整方法。
2. 【請求項２】 回転支持手段に支持された基板の上方に
   あたる供給位置に供給ノズルを移動して塗布液を供給
   し、前記回転支持手段により基板を回転させることによ
   ってその表面全体に塗布被膜を形成する基板塗布装置に
   おいて、 前記供給ノズルと基板面との間隔を調節する調節手段を
   備え、 供給位置における前記間隔を所望の膜厚分布に応じて調
   節するようにしたことを特徴とする基板塗布装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の基板塗布装置におい
   て、 前記調節手段は、基板面に対する前記供給ノズルの高さ
   を調節するものであることを特徴とする基板塗布装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の基板塗布装置におい
   て、 前記装置はさらに、前記回転支持手段による基板の回転
   数と、所望する膜厚分布に応じた膜厚分布情報とを含む
   処理プログラムを予め記憶する記憶手段と、 前記処理プログラムを実行する際に、供給ノズルの高さ
   を前記膜厚分布情報に基づいて前記調節手段を介して調
   節する制御手段とを備えたことを特徴とする基板塗布装
   置。