感光液の塗布方法
【課題】ウエーハ基板全面に亘る感光液の均一塗布方法を提供する。
【解決手段】感光液Ｌを塗布有効領域Ｔにおいて噴霧しつつ、回転する基板１の回転中心Ｏ上を通る直線移動軌跡Ｘ１に沿って移動するノズル７を用いて、基板上の隣接する塗布有効領域Ｔの外縁Ｅが互いに接するように感光液Ｌを噴霧塗布する方法であって、基板１を二分割し、一方の半円を塗布するとき、直線移動軌跡上における基板１の回転中心Ｏから半径ｗ／２だけ離間した点Ｑを中心とした領域Ｔの中心点Ｐの塗布軌跡Ｋである円弧上を直線移動軌跡に投影した速度でノズル７を半円Ｒ１部分の塗布時間の間だけ直線移動軌跡上を加減速移動させ、且つ、このノズル７の加減速に合わせてノズル７に対する基板１の回転速度が一定となるようにし、他の半円を塗布するとき、基板１の回転速度を等速とすると共にノズル７の中心点Ｐが半円部分から他の部分に切り替わる時点まで停止させる。
【解決手段】感光液Ｌを塗布有効領域Ｔにおいて噴霧しつつ、回転する基板１の回転中心Ｏ上を通る直線移動軌跡Ｘ１に沿って移動するノズル７を用いて、基板上の隣接する塗布有効領域Ｔの外縁Ｅが互いに接するように感光液Ｌを噴霧塗布する方法であって、基板１を二分割し、一方の半円を塗布するとき、直線移動軌跡上における基板１の回転中心Ｏから半径ｗ／２だけ離間した点Ｑを中心とした領域Ｔの中心点Ｐの塗布軌跡Ｋである円弧上を直線移動軌跡に投影した速度でノズル７を半円Ｒ１部分の塗布時間の間だけ直線移動軌跡上を加減速移動させ、且つ、このノズル７の加減速に合わせてノズル７に対する基板１の回転速度が一定となるようにし、他の半円を塗布するとき、基板１の回転速度を等速とすると共にノズル７の中心点Ｐが半円部分から他の部分に切り替わる時点まで停止させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程の感光液塗布工程において使用される感光液の塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロエレクトロメカニカルシステムが急速に伸展しており、更なる微細化や複雑化に対応したシリコン基板エッチング加工における感光液が開発され盛んに使用されている。このような用途に使用される感光液は非常に高価であり、微細凹凸が無数にあるウエーハ基板に凹凸に関係なく、出来る限り全体に均一にしかも無駄なくウエーハ基板に塗布することが要求されるようになってきている。
【０００３】
その方法として、感光液塗布後、感光液を素早く乾燥させることにより、凹凸の山の部分の感光液が谷側に流れ込む前に固化し、以って微細凹凸のあるウエーハ基板の表面に凹凸に関係なく、出来る限り全体に均一にしかも無駄なく塗布することが出来る感光液の塗布方法が知られている。係る技術のうち、とりわけ特許文献１には、ウエーハ基板に形成する感光液の膜厚をより一層均一にすべく、感光液を塗布するスプレーノズルをウエーハ基板の中心を通る軌跡に沿って移動させる際に、当該スプレーノズルの移動速度をウエーハ基板中心近傍位置でウエーハ基板周縁部よりも高速となるように制御すると共に、スプレーノズルの移動速度に同調するようにウエーハ基板が載置されたステージの回転速度を制御する方法が開示されている。
【０００４】
しかしながらこの方法では、ウエーハ基板の表面に真に均一な厚みの感光液膜を形成するためには、スプレーノズルがウエーハ基板の中心を通る際にその移動速度とステージの回転速度とを無限大にしなければならず、理論上、ウエーハ基板の表面に均一な膜厚の感光液を塗布するのが困難であるという問題があった。また、感光液塗布において、ウエーハ基板に塗布する直前に感光液を噴霧させることが高価な感光液の節約につながるが従来の塗布装置にはそのような制御がなされたものはなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１９５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、使用量が極く僅かで溶媒が蒸発しやすい感光液噴霧塗布において、ウエーハ基板に対して螺旋を描きながら相対移動する超音波スプレーノズルの周回のずれた螺旋軌跡における相隣り合う塗布有効領域の外縁が互いに接するようにウエーハ基板上に霧状の感光液を円形に噴射しつつ塗布するに当たり、超音波スプレーノズルの回転せるウエーハ基板に対する相対的移動速度を一定にする事によりウエーハ基板全面に亘って感光液の均一塗布が可能となるような感光液の塗布方法を提供することをその主たる課題とするものであり、ウエーハ基板に塗布液が噴霧される塗布有効領域が交差する直前に感光液噴霧を開始して感光液の節約を可能にする感光液の塗布方法を提供することを従たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は概説すると、ウエーハ基板１の外縁ｅからウエーハ基板１の回転中心Ｏに向かって加減速又は停止しつつ直線移動軌跡Ｘ１上を直線的に間欠移動している超音波スプレーノズル７と、これに合わせて回転しているウエーハ基板１との関係(図３、４に示すように、ウエーハ基板１側からスプレーノズル７を見るとウエーハ基板１上に螺旋状の塗布軌跡Ｋを描く。)において、図８(スプレーノズル７とウエーハ基板１との相対移動関係を示す斜視図)に示すように、ウエーハ基板１上の周回のずれた螺旋状の塗布軌跡Ｋ上で隣接する塗布有効領域Ｔの外縁Ｅが互いに接するように感光液Ｌを全面にわたって均一に噴霧状で塗布する方法である。
【０００８】
図９、１０は後述する半円Ｒ１側での図８に示すスプレーノズル７の中心点Ｐの移動速度変化を立体模式的に表したものである。図及びグラフは、回転中心Ｏを中心とし、ホームポジションＰｏを起点(０点)とし、塗布軌跡Ｋ上の点と回転中心Ｏを結ぶ直線ｒの時計回りで直線移動軌跡Ｘ１とのなす角度θと、ウエーハ基板１の回転数ｒｐｍやノズル速度ｍｍ／秒、ノズル位置ｍｍ或いはホームポジションＰｏからの経過時間（秒）との関係を示したものである。
【０００９】
図５、６では横線の目盛である回転角度θをそれぞれのノズル位置との関係でθｓ(＝θｏ)、θＸ２ａ…θＱとし、図７ではホームポジションＰｏからの経過時間をｔｓ、ｔＸ２ａ…ｔＱとする。縦軸は図に記載の通りである。また、図８〜１０において、塗布軌跡Ｋを辿る点Ｐ(＝スプレーノズル７の先端)と後述する直線Ｘ２との交点をＸ２ａ、Ｘ２ｂ…Ｘ２ｎ、Ｑとすると、点Ｐはウエーハ基板１の回転に伴って相対的にＰｏ→Ｐｓ→Ｘ２ａ→Ｘ２ｂ…Ｘ２(ｎ)→Ｑと進む事になる。これを直線移動軌跡Ｘ１上のスプレーノズル７の中心点Ｐの動きに換算すると、該中心点Ｐは直線移動軌跡Ｘ１上をＰｏ→Ｘｓ→Ｘ１ａ→Ｘ１ｂ…Ｘ１(ｎ)→Ｑとそれぞれに対応して進む事になる。このときの速度変化は後述するように図５〜７の通りであり、その概略図解は図９〜１０による。
【００１０】
塗布有効領域Ｔは超音波スプレーノズル７から円形に噴霧された感光液Ｌの塗布量が数字的には約５０％前後の塗布範囲Ｗでその外縁をＥとするが、感光液Ｌの重なり部分Ｌ／２(図２参照)が実質上塗りムラとなって現れなければその範囲も当然含まれる事になる。
【００１１】
角度θoはホームポジションＰｏから塗布有効領域Ｔの外縁Ｅと前記ウエーハ基板１の外縁ｅとが最初に交差した時点での直線移動軌跡Ｘ１からのなす角度で、この点Ｓが噴霧塗布開始点又はその直前で噴霧塗布が開始される位置である。角度θoは後述する数式(4)で表される。また、角度（１８０°−θo）は点Ｓから後述する点Ｘ２ａまでの角度で、点Ｓから後述する第１半円Ｒ１の最初の塗布角度を示す。回転中心Ｏから螺旋状の塗布軌跡Ｋ上の点までの距離はｒで示され、また、後述する塗布完了点Ｑを中心とする時計回りで直線移動軌跡Ｘ１とのなす角度をαとして塗布完了点Ｑから螺旋状の塗布軌跡Ｋ上の点までの距離をｎｗとする。
【００１２】
前述の直線移動軌跡Ｘ１はスプレーノズル７の中心点Ｐ(＝塗布有効領域Ｔの中心点Ｐ)の移動軌跡で、これをウエーハ基板１上に投影した、ホームポジションＰｏからウエーハ基板１の回転中心Ｏを通る直線(線分)と等価であり、図８〜１０中、これもＸ１で示す。
【００１３】
前述の直線Ｘ２はウエーハ二分割直線Ｘ２で、基本的にはホームポジションＰｏからのスプレーノズル７の移動開始時に直線移動軌跡Ｘ１と一致する回転ウエーハ基板１上に描かれた仮想の直線で、ウエーハ基板１と共に一体となって回転してウエーハ基板１の感光液塗布面を仮想二分割する。二分割されたウエーハ基板１の点Ｓ側の半円を第１半円Ｒ１(図３、４では部分ハッチングで示す。)、残る半円を第２半円Ｒ２とする。なお、ノズル７が点Ｓに至るまでは噴霧塗布がなされていないので、ノズル７の動きとウエーハ基板１の回転はどのようになっていてもかまわないが、実質的に点ＳからホームポジションＰｏに遡ったときに前記関係が成り立つような関係にあれば足る。
【００１４】
前述の塗布軌跡Ｋは、直線移動のスプレーノズル７の中心点Ｐが回転ウエーハ基板１上に描く螺旋状の軌跡で、ホームポジションＰｏを起点とし、ウエーハ基板１の回転中心Ｏから直線移動軌跡Ｘ１上を塗布有効領域Ｔの半径Ｗ／２だけホームポジションＰｏ側に移動した塗布完了点Ｑに至る。塗布軌跡Ｋの描き方は、スプレーノズル７が第１半円Ｒ１を塗布する時は、塗布完了点Ｑを中心として円弧を描き、第２半円Ｒ２を塗布する時は、ウエーハ基板１の回転中心Ｏを中心として円弧を描く。この場合もノズル７が点Ｓに至るまでは噴霧塗布がなされていないので、どのような軌跡を描いてもかまわないが、実質的に点ＳからホームポジションＰｏに遡ったときに前記関係が成り立つような関係にあれば足る。
【００１５】
前述のように塗布軌跡Ｋ上の点Ｐｓは塗布有効領域Ｔの外縁Ｅがウエーハ基板１の外縁ｅに交差した時点のスプレーノズル７の中心点Ｐの位置で、点Ｐｏから点Ｐｓまでの時間でスプレーノズル７の中心点Ｐは点Ｐｏから点Ｘｓまで増減速しながら移動する。(前述したように点Ｐｏから点Ｐｓまでは噴霧塗布をしないので、この範囲は塗布完了点Ｑを中心とする移動速度変化に限られずどのような速度変化を取ってもよく、実際上は点Ｐｓから点Ｘ２ａまでの範囲が塗布完了点Ｑを中心とする移動速度変化であれば良い。ただ理解を容易にするためにここでは点Ｐｏから点Ｐｓまでの範囲についての移動速度変化を塗布完了点Ｑを中心としたものとする。詳細は後述する。) そして、点Ｐｏから塗布軌跡Ｋとウエーハ二分割直線Ｘ２との交差点Ｘ２ａ、Ｘ２ｂ…Ｘｎまでの各区間を通過する時間（ｔＸ２ａ）、（ｔＸ２ｃ−ｔＸ２ｂ）…に等しい時間でスプレーノズル７は点Ｐｏから点Ｘ２ａまで、更には点Ｘ２ｂから点Ｘ２ｃまで…半円Ｒ１の各区間を増減速移動し、半円Ｒ２に切り替わると停止する。
【００１６】
半円Ｒ１の最初の塗布(点Ｐｓ→点ＰＸ２ａ)では、最初の塗布が終了するとノズル７は半円Ｒ２の噴霧塗布が終了するまで点ＰＸ２ａに対応する移動軌跡Ｘ１上の点Ｘ１ａで停止し(半円Ｒ２の噴霧塗布終了時点ではウエーハ基板１の回転に伴いノズル７は点Ｘ２ｂに一致するので、ノズル７の移動軌跡Ｘ１上の停止位置は点Ｘ２ｂに対応する点Ｘ１ｂになる。換言すれば、点Ｘ１ａ＝点Ｘ１ｂでノズル７は停止)、続いてＸ１ｂからＸ１ｃまで増減速・停止を繰り返しながら点Ｘ１(ｎ)に到達する。この後、半円Ｒ２の噴霧塗布終了点Ｑまでノズル７はその位置で停止する。以上がスプレーノズル７の動きの概略である。
【００１７】
一方、ウエーハ基板１側では、ホームポジションＰｏを出発したスプレーノズル７の中心点Ｐが第１半円Ｒ１を通過し、ウエーハ二分割直線Ｘ２との交差点Ｘ２ａに至るまではノズル７の点Ｐｏから点Ｘ１ａまで加減速進行に追従して回転速度を調整し、両者の相対移動速度が一定となるように制御する。噴霧塗布開始時期は前述のように角度θｏによって定まる。
【００１８】
続いてノズル７の中心点Ｐはウエーハ基板１の回転によって第２半円Ｒ２に入るが、ノズル７の中心点Ｐは第２半円Ｒ２において塗布軌跡Ｋ上をＸ２ａからＸ２ｂまで進む。この間前述のようにスプレーノズル７は点Ｘ１ａ→Ｘ１ｂで停止している。塗布はこれを繰り返し、ノズル７の中心点Ｐが点Ｑに到達した時点で終了する。従って、螺旋状の相対移動塗布軌跡Ｋと直線Ｘ２の交点Ｘ２ａ、Ｘ２ｂ…Ｘ２(ｎ)は前述のようにスプレーノズル７の直線移動軌跡Ｘ１上の点Ｘ１ａ、Ｘ１ｂ…Ｘ１(ｎ)にそれぞれ対応する。勿論、ノズル７の加減速(速度調整)と停止回数これに対するウエーハ基板１の回転制御はウエーハ基板１の大きさや塗布有効領域Ｔの広さに合わせて適宜増減できることは言うまでもない。また、図８はホームポジションＰｏから塗布終了点Ｑまでを２周としているが、当然、ウエーハ基板１の直径や塗布有効領域Ｔの大きさによって適宜の周回数が選定されることになる。
【００１９】
図９、１０は前述のように上記スプレーノズル７の動きとウエーハ基板１の回転の関係を図解したもので、以下、これついて説明する。図９、１０はホームポジションＰｏから点Ｑまで図８と同様周回数が２回の場合である。既述のようにスプレーノズル７の中心点Ｐはウエーハ基板１に対してはホームポジションＰｏをスタートし、点Ｑを中心とした円弧を描いて相対移動し、点Ｘ２ａに至る。その場合、中心点Ｐの速度変化はホームポジションＰｏから点Ｘ２ａに至る直線移動軌跡Ｘ１に投影された点の動きとなって現れる。これが速度変化曲線Ｖ１でホームポジションＰｏから増速し、回転中心Ｏで最大値となり、然る後に減速して、点Ｘ２ａで０になる（図９）。
【００２０】
一方、スプレーノズル７は、実際の動きとして、直線移動軌跡Ｘ１上をホームポジションＰｏからスタートして点Ｘ１ａに至る。即ち、既に述べたように、点Ｘ１ａは点Ｘ２ａに対応する位置であり、この速度変化をホームポジションＰｏから点Ｘ１ａまでの速度変化に変換して表現したのが、速度変化曲線ｖ１である。そして、この速度変化曲線Ｖ１、ｖ１の太線部分が点Ｐｓから点Ｘ２ａ、点Ｘｓ(点Ｐｓに対応する直線Ｘ１上の点)から点Ｘ１ａまでの速度変化曲線で、図６、７の左端の曲線に相当する(図ではＶ１は表示せず。)。このような速度変化を以ってスプレーノズル７がホームポジションＰｏから点Ｘ１ａまで移動する。そして、この速度変化に合わせてウエーハ基板１が相対速度一定となるように回転制御され、第１半円Ｒ１の最初の塗布が行われる。
【００２１】
中心点Ｐが点Ｘ２ａを超えて第２半円Ｒ２に入ると、スプレーノズル７は点Ｘ２ａ(即ち直線Ｘ１上では点Ｘ１ａ＝Ｘ１ｂ)で停止し、停止したスプレーノズル７に対してウエーハ基板１は等速で回転し、スプレ−ノズル７は点Ｘ２ｂに至り、最初の第２半円Ｒ２の塗布が行われる。
【００２２】
続いて第１半円Ｒ１の２番目の塗布が行われることになるが、これを立体的に表現したのが図１０である。点Ｘ２ｂから点Ｘ２ｃまでの間は前述と同じく、点Ｑを中心とした円弧状の塗布軌跡Ｋ上を移動する中心点Ｐの直線移動軌跡Ｘ１への投影速度変化を速度変化曲線Ｖ２で表し、これを点Ｘ１ｂから点Ｘ１ｃまでの速度変化に変換し、これを速度変化曲線ｖ２として表したものであって、ノズル７は直線Ｘ１上を点Ｘ１ｂから点Ｘ１ｃまで当該速度変化で移動する。これを繰り返して最終的に塗布完了点Ｑに至る。図８〜１０は図の煩雑さを避けるため２周としたが、図５〜７は感光液塗布が２周以上の場合を示している。
【００２３】
即ち、請求項１は、感光液Ｌを円形の塗布有効領域Ｔにおいて噴霧しつつ、回転するウエーハ基板１の回転中心Ｏ上を通る直線移動軌跡Ｘ１に沿って移動する超音波スプレーノズル７を用いて、ウエーハ基板１上に描かれる超音波スプレーノズル７の周回がずれた塗布軌跡Ｋ上の隣接する塗布有効領域Ｔの外縁Ｅが互いに接するように感光液Ｌを噴霧状で塗布する感光液の塗布方法であって、
超音波スプレーノズル７と回転するウエーハ基板１との相対移動関係において、
スプレーノズル７の移動開始時に直線移動軌跡Ｘ１と一致する、ウエーハ基板１上の仮想の直線でウエーハ基板１と共に一体となって回転するウエーハ二分割直線Ｘ２にてウエーハ基板１を二分割し、
二分割されたウエーハ基板１の一方の半円で、塗布有効領域Ｔの外縁Ｅがウエーハ基板１の外縁ｅと交差する点Ｓ側の半円Ｒ１部分を塗布するとき、
直線移動軌跡Ｘ１上におけるウエーハ基板１の回転中心Ｏから塗布有効領域Ｔの半径ｗ／２だけ離間した塗布完了点Ｑを中心とした塗布有効領域Ｔの中心点Ｐの塗布軌跡Ｋである円弧上の点を直線移動軌跡Ｘ１に投影した速度変化で超音波スプレーノズル７を半円Ｒ１部分の塗布時間に相当する時間（０→ｔＸ２ａ、ｔＸ２ｂ→ｔＸ２ｃ…）の間だけ直線移動軌跡Ｘ１上を加減速(速度調整)移動させ、且つ、この超音波スプレーノズル７の加減速に合わせてウエーハ基板１の回転速度が超音波スプレーノズル７に対して相対移動速度が一定となるように加減速(速度調整)し、
ウエーハ基板１の他の半円Ｒ２部分を塗布するとき、ウエーハ基板１の回転速度を等速とすると共に超音波スプレーノズル７の中心点Ｐが半円Ｒ１部分から半円Ｒ２部分に切り替わる時点から半円Ｒ１部分に切り替わる時点まで停止させることを特徴とする。
【００２４】
請求項２は更に詳しく数式で規定したもので、
回転する円盤状のウエーハ基板１に対し、感光液Ｌを円形の塗布有効領域Ｔにて噴霧しつつ、前記ウエーハ基板１表面との高さ方向の距離Ｈを保って前記ウエーハ基板１の外縁ｅ側からウエーハ基板１の回転中心Ｏに向かって直線移動軌跡Ｘ１を描きつつ直線移動する超音波スプレーノズル７を用いてウエーハ基板１上に描かれる超音波スプレーノズル７の周回がずれた塗布軌跡Ｋ上の隣接する塗布有効領域Ｔの外縁Ｅが互いに接するように感光液Ｌを噴霧状で塗布する感光液の塗布方法であって、
スプレーノズル７の移動開始時に直線移動軌跡Ｘ１と一致する、ウエーハ基板１上の仮想の直線でウエーハ基板１と共に一体となって回転するウエーハ二分割直線Ｘ２にてウエーハ基板１を二分割し、
前記塗布有効領域Ｔの外縁Ｅと前記ウエーハ基板１の外縁ｅとが最初に交差する点Ｓ側の半円を第１半円Ｒ１とし、残りの半円を第２半円Ｒ２としたとき、
（ａ）前記ウエーハ基板１の回転数は下式(A1)、(A2)の通りであり、
(a-1) ウエーハ基板１の回転時において、塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが第１半円Ｒ１側に位置するときは、
(a-2) 塗布有効領域が第２半円Ｒ２側に位置するときは、
[但し、ｖは感光液Ｌの塗布速度、ｗは塗布有効領域Ｔの直径、ｎはノズル中心点Ｐの塗布軌跡Ｋ上のある地点における、１／２回転を単位としたウエーハ基板１の残りの回転回数、θは直線移動軌跡Ｘ１と、ウエーハ基板１の回転中心Ｏと塗布有効領域Ｔの中心点Ｐとを結ぶ直線ＯＰとの、直線移動軌跡Ｘ１を起点とするウエーハ基板１の逆回転方向における成す角度。]
（ｂ）前記超音波スプレーノズル７の移動速度は下式(B1)、(B2)の通りである
(b-1) 塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが第１半円Ｒ１側に位置するときは、
(b-2) 塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが第２半円Ｒ２側に位置するときは、
[但し、ｖは感光液Ｌの塗布速度、ｗは塗布有効領域Ｔの直径、ｎはノズル中心点Ｐの塗布軌跡Ｋ上のある地点における、１／２回転を単位としたウエーハ基板１の残りの回転回数、αはウエーハ二分割直線Ｘ２と、点Ｑと塗布有効領域Ｔの中心点Ｐを結ぶ直線ＱＰとの、直線移動軌跡Ｘ１を起点とするウエーハ基板１の逆回転方向における成す角度。]であることを特徴とする。
【００２５】
請求項３は、請求項１又は２において、ホームポジションＰｏから塗布有効領域Ｔの外縁Ｅと前記ウエーハ基板１の外縁ｅとが最初に交差する時間又は地点をウエーハ基板１の直径と塗布有効領域Ｔの直径から数式(4)で演算し、該間又は地点に到達する直前又は到達時に感光液噴霧を開始することを特徴とする。
【００２６】
請求項４は、請求項１〜３において、スプレーノズル７側をマイナスに、ウエーハ基板１側をプラスに帯電させた状態で噴霧塗布することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、ウエーハ基板上に描かれる超音波スプレーノズルの塗布軌跡上の隣接する塗布前後の塗布有効領域の外縁が互いに接するように感光液を噴霧状で塗布しつつ、上記制御方法又は式に基づいて超音波スプレーノズルとウエーハ基板とを相対移動させているので、ウエーハ基板上を相対移動する超音波スプレーノズルの周速(相対移動速度)がウエーハ基板に対して一定となり、ウエーハ基板の全面に対して連続的な一度塗り(これは１度で全表面を均一に塗布出来ることを意味するもので、これをｎ回繰り返すｎ度塗りも可能)で感光液の均一塗布が完了する。また、感光液噴霧の開始時間又は位置を制御しているので、感光液の更なる節約も可能となるし、分極状態で噴霧塗布することでマイナスに帯電した感光液がプラスに帯電したウエーハ基板に引き寄せられて周囲に散乱する量が大幅に減少し、感光液の節約や重なり部分の塗布量の均一性向上に寄与する事になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明方法が適用される感光液塗布装置の概略正面図である。
【図２】図１で使用される超音波スプレーノズルの断面図である。
【図３】ウエーハ基板上における塗布有効領域の移動軌跡(感光液塗布開始時)を表した図である。
【図４】ウエーハ基板上における塗布有効領域の移動軌跡(感光液塗布中)を表した図である。
【図５】ウエーハ基板の回転数と超音波スプレーノズルの位置との関係を示すグラフである。
【図６】ウエーハ基板の回転数と超音波スプレーノズルの移動速度との関係(角度単位)を示すグラフである。
【図７】ウエーハ基板の回転数と超音波スプレーノズルの移動速度との関係(時間単位)を示すグラフである。
【図８】ウエーハ基板の回転と超音波スプレーノズルの直線移動との関係を示す斜視図である。
【図９】ウエーハ基板上の最初の移動軌跡における移動速度変化と超音波スプレーノズルの移動速度変化との関係を示す斜視図である。
【図１０】ウエーハ基板上の第２塗布以降の移動軌跡における移動速度変化と超音波スプレーノズルの移動速度変化との関係を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。感光液塗布装置Ａに適用される感光液Ｌはレジストやポリイミドなどが代表的なものであるが、ウエーハ基板１上に均一塗布しなければならないようなものは全て含まれることになる。
【００３０】
感光液塗布装置Ａのウエーハ搭載部４は回転式のスピンチャック、或いは固定式で超音波スプレーノズル７を装着したアクチュエータ３０をＸ−Ｙ方向に移動させて感光液塗布を行う方法がある。なお、ここではスピンチャックをウエーハ搭載部４の代表例として説明する。スピンチャック４は、載置台８とその下面中心に垂設された回転軸１０とで構成されており、回転軸１０は装置本体(図示せず)に取り付けられたベアリング１１に回転可能に取り付けられている。載置台８は円板状で、回転軸１０が設けられ、その上面にヒータ収納凹所が形成された本体部８ａと、搭載したウエーハ基板１との接触部位２を構成するヒータ収納凹所を閉塞するウエーハ基板載置蓋８ｂとで構成されており、ヒータ収納凹所の内部にマイカヒータ３が内蔵され、ウエーハ基板載置蓋８ｂおよびヒータ収納凹所に接触している。載置台８そのものは熱容量の小さいアルミニウムで形成されている(勿論、これに限られず熱容量の小さい材料であればよい。また、材料は金属に限られず耐薬品性があれば樹脂でもよい。)。
【００３１】
また、ウエーハ基板載置蓋８ｂにはウエーハ基板１を吸着するための吸着孔(図示せず)あるいは吸着孔が形成された吸着溝(図示せず)が形成されており、載置されたウエーハ基板１を吸着固定するようになっている。勿論、吸着以外の方法でウエーハ基板１を固定することも可能である。
【００３２】
マイカヒータ３はジグザグの帯状に形成した、例えばステンレス箔製の発熱体を上下からマイカ板にてサンドイッチしたもので、高ワット密度、厚みが１ｍｍ程度と非常に薄くしかも熱容量が著しく小さい面状発熱体である。面状発熱体であるため接触する載置台８、特に接触部分であるウエーハ基板載置蓋８ｂに対する加熱効率が優れている。
【００３３】
スピンチャック４の回転軸１０は隣接して設けられたスピンモータ２０によりタイミングベルト２１を介して回転駆動されている。図１中の２２、２３はタイミングベルト２１が取り付けられるプーリである。
【００３４】
給電装置６はリモートシステム６ａ、６ｂとヒータコントローラ６ｃとが含まれ、一対で構成されるリモートシステム６ａ、６ｂが回転軸１０と同軸にて設置されている。リモートシステム６ａ、６ｂは回転トランスの一種で、一方(６ａ)が回転軸１０の軸端に一体的に装着されて回転軸１０と共に回転する。他方(６ｂ)は非接触で且つ近接して固定されており、給電装置６からの電力を回転軸側のリモートシステム(６ａ)に非接触で給電するようになっている。
【００３５】
また、給電装置６にはヒータコントローラ６ｃが設置されており、マイカヒータ３の温度調節を行うようになっている。マイカヒータ３の温度検出は載置台８内に内蔵された温度計測部５の一部である温度検出器の白金側抵抗体によって検出され、その検出信号によりヒータコントローラ６ｃがマイカヒータ３の温度調節を行っている。
【００３６】
超音波スプレーノズル７はアクチュエータ３０に取り付けられ、下方に設置されているスピンチャック４上を、スピンチャック４の回転中心を通って往復移動し、これを直線移動軌跡Ｘ１とする。超音波スプレーノズル７の構造は図２に示す通りで、超音波振動するノズルボディ７ａ、ノズルボディ７ａを収納し、これを支持するハウジング７ｂ、ハウジング７ｂの下部に接続して設けられた不活性ガス供給部７ｅとで構成されている。不活性ガス供給部７ｅには下面に開口する下面開口部７４が形成されており、その内周に形成された雌ネジ部にキャリアガス噴出ノズル７５が突出・没入方向に進退可能に螺装されている。そしてキャリアガス噴出ノズル７５の中心にはキャリアガス噴出孔７ｄが穿設されており、該キャリアガス噴出孔７ｄの中心にノズルボディ７ａのノズルステム７ａ１が配設されていてキャリアガス噴出孔７ｄとノズルステム７ａ１との間に間隙(この部分をキャリアガス噴出口７ｄ１とする。)が設けられ、これを進退させることによりキャリアガス噴出口７ｄ１の間隙を調整することが出来る。
【００３７】
更にキャリアガス噴出ノズル７５とは別体にてキャリアガス噴出ノズル７５の細く絞り込まれた下部７５ａを取り囲むようにして下面開口部７４にエアカーテンガス噴出ノズル７６が突出・没入方向に進退可能に螺装され、キャリアガス噴出ノズル７５の外周面との間に間隙(この部分をエアカーテンガス噴出口７６ａとする。)が設けられ、これを進退させることによりエアカーテンガス噴出口７６ａの間隙を調整することが出来る。そして、エアカーテンガス噴出ノズル７６の下面の内周縁には全体に気流の流れを整える気流ガイド突条部７６ｂが突設されている。
【００３８】
不活性ガス供給部７ｅ内の上半部分にはキャリアガス噴出孔７ｄに連通し、ノズルステム７ａ１の基部が直接収納されるデフュージョンチャンバ７ｃ１と、これと別個に不活性ガス供給部７ｅ内の下半部分にエアカーテン用チャンバ７ｃ２が設けられ、それぞれに不活性ガス供給インレット７ｆ１、７ｆ２が設けられ、個別に窒素が供給されるようになっている。そして、エアカーテン用チャンバ７ｃ２とエアカーテンガス噴出口７３とは連通しており、供給された窒素がエアカーテンガス噴出ノズル７６に供給され前記エアカーテンガス噴出口７３からキャリアガス噴出ノズル７５全周を取り囲むようにエアカーテン形成用窒素が噴出されるようになっている。なお、本実施例ではキャリアガス噴出ノズル７５とエアカーテンガス噴出ノズル７６とを別体で構成するようにしたが、勿論、一体形成することも可能である。また、使用ガスも窒素としたが、清浄空気或はＡｒのような他の不活性ガスの使用も可能である。
【００３９】
前記ノズルボディ７ａのセンターには前述のノズルステム７ａ１の先端に開口する貫通孔７ａ２が穿設されており、この貫通孔７ａ２に感光液供給継手７ｈが接続されている。
【００４０】
本実施例ではエアカーテンガス噴出口７３が１重で形成されている例を示したが、勿論、これに限られず２重以上としてもよい。また、エアカーテンガス噴出口７３の外側にてウエーハ基板１直上で噴出されたエアカーテンガス７１の裾の部分を吸引してエアカーテンガス７１が周囲に流れないようにしてもよい。なお、噴出される窒素はいずれも層流となるように制御される。
【００４１】
また、本実施例ではエアカーテンガス７１として供給される窒素やキャリアガス噴出孔７ｄから噴出する窒素は個別の系統にし、それぞれに流量制御弁を設けるなどしてその流量や噴出度の強さを制御することも出来る。なお、ここでは窒素を使用したが、当然清浄空気或やＡｒなど他の不活性ガスを使用することも出来る。
【００４２】
前記感光液供給継手７ｈには開閉弁３５を介して感光液Ｌが充填された感光液袋３７が接続されており、感光液袋３７の出口には脈動防止用の液溜め部３９が設けられていて、一定の感光液がここから流出するようになっている。液溜め部３９の出口にはさらに微小流量圧送ポンプ４０が接続され、微小流量圧送ポンプ４０と開閉弁３５との間に流量制御弁４２が設けられている。
【００４３】
また、超音波スプレーノズル７のハウジング７ｂには超音波発生装置９が接続されており、ノズルステム７ａ１を超音波振動させるようになっている。
【００４４】
アクチュエータ３０はスピンチャック４の上方にて水平に設置されており、取り付けられた超音波スプレーノズル７を、スピンチャック４上に載置したウエーハ基板１の中心を通って該ウエーハ基板１を横断するように移動させる機能のもので、このような機能を有する装置であればどのようなものでもよく、例えばモータ３０ａにてボールネジ(図示せず)を回動させ、ボールネジに螺着され、超音波スプレーノズル７が装着されたボールナット(図示せず)を往復させるようにしてもよいし、シリンダ装置のようなものを利用してもよい。
【００４５】
また、本装置には分極装置(図示せず)が装着されており、スプレーノズル７側がマイナスに、ウエーハ基板１側がプラスに分極するようになっている。
【００４６】
次に、上記感光液塗布装置Ａを用いてウエーハ基板１に感光液Ｌを塗布する本発明の方法について説明する。
【００４７】
まず始めに、スピンチャック４上に中心を合わせてウエーハ基板１をセットし、スピンモータ２０を回転させる。ウエーハ基板１の回転はノズル７の始動と同時でも良いし、その前後であっても良い。ここではノズル７の始動にはウエーハ基板１は回転しているものとする。これと同時に(或いはこれと前後して)分極装置を作動させ、且つマイカヒータ３に給電してマイカヒータ３を加熱する。マイカヒータ３および載置台８は熱容量が小さいため且つマイカヒータ３の高加熱効率により、載置台８とこれに密着して固定されているウエーハ基板１とが急速に所定温度迄昇温する。これを温度計測部５により検出し、ウエーハ基板１が所定の温度になったことを確認してアクチュエータ３０を作動させ、ホームポジションＰｏからスプレーノズル７をウエーハ基板１の回転中心Ｏに向かって移動させる。既に述べたように塗布有効領域Ｔの外縁Ｅがウエーハ基板が１の外縁ｅに最初に接触し続いて交差する点Ｓまでは噴霧塗布と関係がないので、点Ｓ以降の移動速度に影響を与えない限り迅速に点Ｓまで移動する事になる。前述のように点Ｑを中心とする円弧状の塗布軌跡Ｋを描くようにしてもよいし、ホームポジションＰｏから点Ｓまで直線的に増速するようにしてもよい。点Ｓの位置は前述のように数式(4)で予め算出できる。
【００４８】
前述のように分極装置を作動させると、スプレーノズル７内の感光液Ｌはマイナスに帯電している。なお、半導体生産に使用される感光液Ｌは超高純度溶液であるから帯電し易い性質を有する。
【００４９】
超音波スプレーノズル７から噴出されている霧状感光液Ｌの噴霧エリア（正確には後述の塗布有効領域Ｔの外縁Ｅ）が点Ｓ(塗布有効領域Ｔの外縁Ｅがウエーハ基板１の外縁ｅに最初に接触し続いて交差している点)でウエーハ基板１の外縁ｅに交差時或いはその直前で開閉弁３５を開くと共に微小流量圧送ポンプ４０並びに超音波発生装置９を作動させ、ノズルステム７ａ１を超音波振動させて感光液Ｌを霧化し、その周囲で吹き出すキャリアガスに乗せて超音波スプレーノズル７の先端から霧状の感光液Ｌを脈動なしの状態で噴出させ、霧状の感光液Ｌのスプレー塗布を行う。
【００５０】
この時、霧状の感光液Ｌを担持したキャリアガスは一定の幅で吹き出され、下った処の周囲ではスカート状にある程度拡散する。従って、中心部分のある一定の範囲内は霧状の感光液Ｌの密度の高い部分(この部分が有効塗布領域Ｗ)となっているが、前記スカート状に拡散した部分は密度の低い部分となる。本発明では、この時、霧状の感光液Ｌを担持したキャリアガスの周囲はエアカーテンガス７１で取り囲まれているために、スカート状に拡散した部分である密度の低い部分は、エアカーテンガス７１でその拡散が阻止され、中心部分の密度の高い部分よりは低密度となるものの図２のようにエアカーテンガス７１の範囲内にその拡散が抑制される。
【００５１】
このような形態におけるスプレー塗布方法は、周囲からエアカーテンガス７１が形成されるように窒素をエアカーテンガス噴出口７３から噴出させ、この状態で感光液噴出ノズル口７２から霧状の感光液Ｌをスカート状に整形噴出させながら超音波スプレーノズル７をウエーハ基板１に対して相対移動させる。この時、周回のずれた噴霧移動軌跡Ｋにおける相隣り合う霧状の感光液Ｌの塗布有効領域Ｔのスカート状裾部分が、超音波スプレーノズル７の直下部分の高濃度部分の略半分の濃度のところで互いに重なり合うようにして超音波スプレーノズル７をウエーハ基板１に対して相対移動させる。つまり、超音波スプレーノズル７から噴射されるスカート状に拡散した霧状の感光液Ｌのうち、超音波スプレーノズル７の直下部分の高濃度部分の略半分の濃度のところまでが「塗布有効領域Ｔ」であり、この塗布有効領域Ｔの外縁Ｅ同士が互いに重なるようにして超音波スプレーノズル７をウエーハ基板１に対して相対移動させる。(前述のように数値的には略半分と言うことになるが、前記数値に拘らず、重なり部分Ｌ／２が実質的には塗布ムラとならない範囲を含むことは当然である。) なお、図１、２において、ＬＳ’は高密度部分と重なり合ったスカート状裾部分とが交互に位置しつつ均一に塗布された状態を示し、ＬＳは溶媒が蒸発して固化した状態を示す。(なお、図のＬＳ’は理解を容易にするために誇張されている。)
【００５２】
ここで、前述のように分極装置を使用した場合、マイナスに帯電した感光液Ｌはプラスに帯電したウエーハ基板１側に吸い寄せられてその大半は「塗布有効領域Ｔ」内に蝟集し、若干が「塗布有効領域Ｔ」外に吹き零れる［図２(b)］。もし、このような帯電なしで噴霧塗布を行えば、エアカーテン７１により霧状感光液Ｌの散乱はある程度防止できるものの、エアカーテン７１に乗って周囲に散乱するものもあり、同図(c)に示すように「塗布有効領域Ｔ」外に吹き零れるものも少なからず存在する。この意味で帯電方式を採用することにより正確に「塗布有効領域Ｔ」内への塗布が容易になる。
【００５３】
さらに本実施形態の感光液塗布方法は前記概略した通り、第１半円Ｒ１の塗布は、点Ｑを回転中心として超音波スプレーノズル７が塗布有効領域Ｔの中心点Ｐの移動軌跡を辿るように移動し、第２半径Ｒ２の塗布は、ウエーハ基板１の回転中心Ｏを中心として超音波スプレーノズル７が塗布有効領域Ｔの中心点Ｐの移動軌跡を辿るように移動し、これに合わせてウエーハ基板１の回転制御がなされるのであるが、該方法の詳細な説明は既になされた通りである。
【００５４】
簡単に言えば本発明の塗布方法は、回転しているウエーハ基板１を２分割してそれぞれを第１,２半円Ｒ１,Ｒ２として塗布方法を切り替えている。そして図３及び図４は、超音波スプレーノズル７を回転するウエーハ基板１に対して相対移動させたときのウエーハ基板１上における塗布有効領域Ｔの移動軌跡を表したもので、図３は塗布有効領域Ｔの中心点Ｐ(＝ノズル先端)が第１及び第２象限（第１半円Ｒ１側）に存在する場合であり、図４は第３及び第４象限（第２半円Ｒ２側）に存在する場合である。
【００５５】
（１）ウエーハ基板１の回転中心Ｏから塗布有効領域Ｔの中心点Ｐまでの距離
ウエーハ径をｄ、塗布有効領域の幅をｗとしたとき、ｎｏはウエーハ基板１枚を塗布するためのウエーハ基板１の回転回数（換言すれば、ノズル中心点ＰがホームポジションＰｏから塗布完了点Ｑに至るまでのウエーハ基板１の回転回数）、ｎはノズル中心点Ｐの塗布軌跡Ｋ上のある地点における、１／２回転を単位としたウエーハ基板１の残りの回転回数で下式（１）の通りとなる。なお、式中のｋは１／２回転を単位とし初回を０とした回転回数である。なお、ｎｏはホームポジションＰｏから塗布完了点Ｑに至るまでのウエーハ基板１の回転回数であるから整数であるが、これを定義するｄ／２をｗで割ると小数点が発生する場合があり、その場合は切り上げて整数としている。換言すれば、ホームポジションＰｏと塗布完了点Ｑは直線Ｘ１上にあり、ノズル７がホームポジションＰｏから塗布完了点Ｑまで移動するにはウエーハ基板１が整数回回転することになる。また、上記ｋの説明において「初回が０」とは、点Ｓから点Ｘ２ａまでノズル７が移動する場合、この区間ではｋ＝０と言うことで、残回転回数はｎ＝ｎｏである。そしてこれに続く半円Ｒ２の塗布領域に入ってｋ＝１となり、残回転回数は半周分減ることになる。以下、半周分づつ減少していく。
【数１】
【００５６】
ここで、図３における第１及び第２象限、すなわちウエーハ基板１の第１半円Ｒ１側では、超音波スプレーノズル７の軌道が、感光液噴霧完了時の超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの中心点Ｐ[座標（−ｗ／２、０）]、即ち、点Ｑを回転中心とする円弧となるので、ウエーハ基板１の中心から塗布有効領域Ｔの中心点Ｐまでの距離をｒとしたとき、このｒは、余弦定理から下式（２）のように求められる。
【数２】
【００５７】
一方、図３における第３及び第４象限、即ち第２半円Ｒ２側部分では、超音波スプレーノズル７の軌道がウエーハ基板１の回転中心Ｏ[座標（０、０）]を中心とする円弧となるので、ウエーハ基板１の中心から塗布有効領域Ｔの中心点Ｐまでの距離ｒは下式（３）の通りとなる。
【数３】
【００５８】
なお、図３において、超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが、第１象限から第４象限へ切り替わるとき(換言すれば、中心点Ｐがウエーハ二分割直線Ｘ２と交差して第２半円Ｒ２に突入するとき)、及び第３象限から第２象限へ切り替わるとき(換言すれば、中心点Ｐがウエーハ二分割直線Ｘ２と交差して第１半円Ｒ１に突入するとき)に、ｎは１／２減算する。
【００５９】
（２）回転角度の初期値
回転角度の初期値、すなわち、図３において、超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの外縁Ｅが点Ｓにおいてウエーハ基板１の外縁ｅに最初に接触するとき(ｒ＝ｄ／２＋ｗ／２)の角度θ0(すなわちｋ＝０のときの開始角度)は下式により求められる。
【数４】
【００６０】
ウエーハ基板１を回転駆動させるスピンモータ２０の回転角度はｋ＝０のときπ−θ0、それ以外のｋ＝１、２、３、…、２ｎ0−１のときはπとなる。
【００６１】
（３）ウエーハ基板の回転数(＝スピン回転数)の制御式
本実施形態の感光液Ｌの塗布方法では、ウエーハ基板１の表面を相対移動する超音波スプレーノズル７の周速(相対移動速度)が一定となるように制御する。このため、ウエーハ基板１上における感光液Ｌの塗布速度をｖ(ｍｍ／ｓｅｃ．)とすると、
ｖ＝ｒθ
θ＝ｖ／ｒ
となる。従って、ウエーハ基板１の１秒当りの回転数はθ／２π＝ｖ／２πｒ(ｒｐｓ)となり、１分当りの回転数は３０ｖ／πｒ(ｒｐｍ)となる。なお、感光液Ｌの塗布速度ｖは、ウエーハ基板１上に塗布する感光液Ｌの塗布量に応じて適宜設定する値である。
【００６２】
そして、ウエーハ基板１の１分当りの回転数を上記式（２）に代入して、塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが第１及び第２象限にあるときのウエーハ基板１の回転数を求めると下式（５）の通りとなる。
【数５】
【００６３】
一方、ウエーハ基板１の１分当りの回転数を上記式（３）に代入して、塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが第３及び第４象限にあるときのウエーハ基板１の回転数を求めると下式（６）の通りとなる。
【数６】
【００６４】
以上より、本実施形態の感光液の塗布方法では、上式（５）及び（６）に基づいてウエーハ基板１の回転数が制御される。
【００６５】
（４）超音波スプレーノズルの移動速度の制御式
続いて、アクチュエータ３０に取り付けられ、回転数が上記式（５）及び（６）によって制御されるウエーハ基板１の上を直線移動軌跡Ｘ１に沿って往復移動する超音波スプレーノズル７の移動速度の制御式は次のようにして求められる。
【００６６】
まず始めに、超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが第１及び第２象限にあるとき、即ち図３に示すように、相対運動における超音波スプレーノズル７の回動中心が点Ｑ『感光液噴霧完了時の超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの中心点Ｐ[座標（−ｗ／２、０）] 』にあるとき、ウエーハ二分割直線Ｘ２と直線ＱＰ[点Ｑと感光液噴霧中の超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの中心点Ｐを結ぶ直線]との交点において、両者の成す角度をα(ただし、角度方向はウエーハ二分割直線Ｘ２を起点としてウエーハ基板１の逆回転方向)とすると、ウエーハ基板１の中心から超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの中心点Ｐまでの距離ｒは、余弦定理から下式（７）の通りとなる。
【数７】
【００６７】
また、上記式（２）とこの式（７）とから以下の式（８）が導き出せる。
【数８】
【００６８】
続いて、処理時間をｔ秒とすると、ｎｗα＝ｖｔとなるので、上記式（７）より、超音波スプレーノズル７の移動速度の制御式を求めると、まず下式（９）が求められる。
【数９】
【００６９】
この式（９）は、ウエーハ基板１の回転中心Ｏから見た、超音波スプレーノズル７の回転中心Ｏに向かう速度(換言すれば、塗布有効領域Ｔの中心点Ｐの移動区間Ｐｏ→Ｘ２ａ…Ｘ２(ｎ−１)→Ｘ２(ｎ)それぞれにおいて、点Ｑを中心とする塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが描く第１半円Ｒ１上の円弧上の点を直線移動軌跡Ｘ１に投影した点の移動速度変化を基に移動距離Ｐｏ−Ｘ１ａ、…、Ｘ１(ｎ−１)→Ｘ１(ｎ)それぞれで加減速(速度調整)が完了するように換算した比例速度)であることから、ウエーハ基板１の外縁Ｅから回転中心Ｏに向かう方向を正とすると、超音波スプレーノズル７の移動速度の制御式は下式（１０）の通りとなる。
【数１０】
【００７０】
一方、超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが第３及び第４象限(即ち、第２半円Ｒ２側)にあるとき、即ち、図４に示すように、相対運動における超音波スプレーノズル７の回動中心がウエーハ基板１の回転中心Ｏ[座標（０、０）]にあるとき、上式（３）から超音波スプレーノズル７の移動速度の制御式は下式（１１）の通りとなり、点Ｘ１ａ、Ｑで停止状態を保つ。
【数１１】
【００７１】
以上より、本実施形態の感光液の塗布方法では、上式（１０）及び（１１）に基づいて超音波スプレーノズル７の移動速度が制御される。
（５）１枚のウエーハ基板に対して感光液塗布を行なう総処理時間
図３における座標（−ｗ／２、０）から見た回転角度の初期値をαoとすると、ｋ＝０のとき、及びｋ＝１、２、３、…、２ｎ0−１のときの各処理時間(すなわち感光液Ｌの塗布時間)は下式の通りとなる。
【数１２】
【００７２】
したがって、１枚のウエーハ基板１に対して感光液塗布を行なう総処理時間は、下式の通りとなる。
【数１３】
【００７３】
上述のような各制御式を用いて、ウエーハ径が２００ｍｍ、塗布有効範囲の直径が３０ｍｍ、塗布速度を５０ｍｍ／秒とした場合におけるウエーハ基板１の回転数及び超音波スプレーノズル７の移動速度の変化(つまり、これらの制御状態)を示したのが図５乃至図７である。
【００７４】
以上のように、本実施形態の感光液塗布装置Ａでは、ウエーハ基板１の表面を相対移動する超音波スプレーノズル７の周速(相対移動速度)が一定となるようにウエーハ基板１の回転数と前記超音波スプレーノズル７の移動速度とが制御されているが、この間、温度検出器によりウエーハ基板１或いは載置台８の温度を常時検出してウエーハ基板１周縁から立ち昇る温度がスプレー噴霧の溶媒を蒸発させない程度の温度に保たれ、スプレー噴霧がウエーハ基板１の上面に均一に塗布されるように制御される。温度制御はヒータコントローラ６ｃにより行われる。マイカヒータ３が収納されている載置台８の熱容量は非常に小さいので、マイカヒータ３のオン・オフによる温度変化に追従していくことができ、温度ドリフトを大幅に抑制することができる。以上において、図に示した実施例では点Ｓから点Ｑまで２回転弱で塗布完了となっているが、勿論、これに限られず、ウエーハ基板１の大きさや有効塗布領域Ｔの広さなどによって塗布回転数は当然変化するものであり、直線方向に移動する超音波スプレーノズル７と回転するウエーハ基板１との間において、塗布領域を２分割し、それぞれで塗布方法を変えることによって両者の相対移動速度を一定にして均一な感光液塗布を１度塗り或いは必要に応じて行われる２度以上のｎ度塗りで完了させようとするものである。尚、ｎ度塗りの場合は、点Ｑで塗布を終了し、ホームポジションＰｏに戻って噴霧塗布を再開することになるが、点Ｑで逆回転して噴霧塗布を継続するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１…ウエーハ基板
３…マイカヒータ
４…ウエーハ搭載部(スピンチャック)
５…温度計測部
６…給電装置
７…超音波スプレーノズル
８…載置台
９…超音波発生装置
１０…回転軸
２０…スピンモータ
３０…アクチュエータ
Ａ…感光液塗布装置
Ｌ…感光液
Ｅ…塗布有効領域の外縁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程の感光液塗布工程において使用される感光液の塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロエレクトロメカニカルシステムが急速に伸展しており、更なる微細化や複雑化に対応したシリコン基板エッチング加工における感光液が開発され盛んに使用されている。このような用途に使用される感光液は非常に高価であり、微細凹凸が無数にあるウエーハ基板に凹凸に関係なく、出来る限り全体に均一にしかも無駄なくウエーハ基板に塗布することが要求されるようになってきている。
【０００３】
その方法として、感光液塗布後、感光液を素早く乾燥させることにより、凹凸の山の部分の感光液が谷側に流れ込む前に固化し、以って微細凹凸のあるウエーハ基板の表面に凹凸に関係なく、出来る限り全体に均一にしかも無駄なく塗布することが出来る感光液の塗布方法が知られている。係る技術のうち、とりわけ特許文献１には、ウエーハ基板に形成する感光液の膜厚をより一層均一にすべく、感光液を塗布するスプレーノズルをウエーハ基板の中心を通る軌跡に沿って移動させる際に、当該スプレーノズルの移動速度をウエーハ基板中心近傍位置でウエーハ基板周縁部よりも高速となるように制御すると共に、スプレーノズルの移動速度に同調するようにウエーハ基板が載置されたステージの回転速度を制御する方法が開示されている。
【０００４】
しかしながらこの方法では、ウエーハ基板の表面に真に均一な厚みの感光液膜を形成するためには、スプレーノズルがウエーハ基板の中心を通る際にその移動速度とステージの回転速度とを無限大にしなければならず、理論上、ウエーハ基板の表面に均一な膜厚の感光液を塗布するのが困難であるという問題があった。また、感光液塗布において、ウエーハ基板に塗布する直前に感光液を噴霧させることが高価な感光液の節約につながるが従来の塗布装置にはそのような制御がなされたものはなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１９５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、使用量が極く僅かで溶媒が蒸発しやすい感光液噴霧塗布において、ウエーハ基板に対して螺旋を描きながら相対移動する超音波スプレーノズルの周回のずれた螺旋軌跡における相隣り合う塗布有効領域の外縁が互いに接するようにウエーハ基板上に霧状の感光液を円形に噴射しつつ塗布するに当たり、超音波スプレーノズルの回転せるウエーハ基板に対する相対的移動速度を一定にする事によりウエーハ基板全面に亘って感光液の均一塗布が可能となるような感光液の塗布方法を提供することをその主たる課題とするものであり、ウエーハ基板に塗布液が噴霧される塗布有効領域が交差する直前に感光液噴霧を開始して感光液の節約を可能にする感光液の塗布方法を提供することを従たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は概説すると、ウエーハ基板１の外縁ｅからウエーハ基板１の回転中心Ｏに向かって加減速又は停止しつつ直線移動軌跡Ｘ１上を直線的に間欠移動している超音波スプレーノズル７と、これに合わせて回転しているウエーハ基板１との関係(図３、４に示すように、ウエーハ基板１側からスプレーノズル７を見るとウエーハ基板１上に螺旋状の塗布軌跡Ｋを描く。)において、図８(スプレーノズル７とウエーハ基板１との相対移動関係を示す斜視図)に示すように、ウエーハ基板１上の周回のずれた螺旋状の塗布軌跡Ｋ上で隣接する塗布有効領域Ｔの外縁Ｅが互いに接するように感光液Ｌを全面にわたって均一に噴霧状で塗布する方法である。
【０００８】
図９、１０は後述する半円Ｒ１側での図８に示すスプレーノズル７の中心点Ｐの移動速度変化を立体模式的に表したものである。図及びグラフは、回転中心Ｏを中心とし、ホームポジションＰｏを起点(０点)とし、塗布軌跡Ｋ上の点と回転中心Ｏを結ぶ直線ｒの時計回りで直線移動軌跡Ｘ１とのなす角度θと、ウエーハ基板１の回転数ｒｐｍやノズル速度ｍｍ／秒、ノズル位置ｍｍ或いはホームポジションＰｏからの経過時間（秒）との関係を示したものである。
【０００９】
図５、６では横線の目盛である回転角度θをそれぞれのノズル位置との関係でθｓ(＝θｏ)、θＸ２ａ…θＱとし、図７ではホームポジションＰｏからの経過時間をｔｓ、ｔＸ２ａ…ｔＱとする。縦軸は図に記載の通りである。また、図８〜１０において、塗布軌跡Ｋを辿る点Ｐ(＝スプレーノズル７の先端)と後述する直線Ｘ２との交点をＸ２ａ、Ｘ２ｂ…Ｘ２ｎ、Ｑとすると、点Ｐはウエーハ基板１の回転に伴って相対的にＰｏ→Ｐｓ→Ｘ２ａ→Ｘ２ｂ…Ｘ２(ｎ)→Ｑと進む事になる。これを直線移動軌跡Ｘ１上のスプレーノズル７の中心点Ｐの動きに換算すると、該中心点Ｐは直線移動軌跡Ｘ１上をＰｏ→Ｘｓ→Ｘ１ａ→Ｘ１ｂ…Ｘ１(ｎ)→Ｑとそれぞれに対応して進む事になる。このときの速度変化は後述するように図５〜７の通りであり、その概略図解は図９〜１０による。
【００１０】
塗布有効領域Ｔは超音波スプレーノズル７から円形に噴霧された感光液Ｌの塗布量が数字的には約５０％前後の塗布範囲Ｗでその外縁をＥとするが、感光液Ｌの重なり部分Ｌ／２(図２参照)が実質上塗りムラとなって現れなければその範囲も当然含まれる事になる。
【００１１】
角度θoはホームポジションＰｏから塗布有効領域Ｔの外縁Ｅと前記ウエーハ基板１の外縁ｅとが最初に交差した時点での直線移動軌跡Ｘ１からのなす角度で、この点Ｓが噴霧塗布開始点又はその直前で噴霧塗布が開始される位置である。角度θoは後述する数式(4)で表される。また、角度（１８０°−θo）は点Ｓから後述する点Ｘ２ａまでの角度で、点Ｓから後述する第１半円Ｒ１の最初の塗布角度を示す。回転中心Ｏから螺旋状の塗布軌跡Ｋ上の点までの距離はｒで示され、また、後述する塗布完了点Ｑを中心とする時計回りで直線移動軌跡Ｘ１とのなす角度をαとして塗布完了点Ｑから螺旋状の塗布軌跡Ｋ上の点までの距離をｎｗとする。
【００１２】
前述の直線移動軌跡Ｘ１はスプレーノズル７の中心点Ｐ(＝塗布有効領域Ｔの中心点Ｐ)の移動軌跡で、これをウエーハ基板１上に投影した、ホームポジションＰｏからウエーハ基板１の回転中心Ｏを通る直線(線分)と等価であり、図８〜１０中、これもＸ１で示す。
【００１３】
前述の直線Ｘ２はウエーハ二分割直線Ｘ２で、基本的にはホームポジションＰｏからのスプレーノズル７の移動開始時に直線移動軌跡Ｘ１と一致する回転ウエーハ基板１上に描かれた仮想の直線で、ウエーハ基板１と共に一体となって回転してウエーハ基板１の感光液塗布面を仮想二分割する。二分割されたウエーハ基板１の点Ｓ側の半円を第１半円Ｒ１(図３、４では部分ハッチングで示す。)、残る半円を第２半円Ｒ２とする。なお、ノズル７が点Ｓに至るまでは噴霧塗布がなされていないので、ノズル７の動きとウエーハ基板１の回転はどのようになっていてもかまわないが、実質的に点ＳからホームポジションＰｏに遡ったときに前記関係が成り立つような関係にあれば足る。
【００１４】
前述の塗布軌跡Ｋは、直線移動のスプレーノズル７の中心点Ｐが回転ウエーハ基板１上に描く螺旋状の軌跡で、ホームポジションＰｏを起点とし、ウエーハ基板１の回転中心Ｏから直線移動軌跡Ｘ１上を塗布有効領域Ｔの半径Ｗ／２だけホームポジションＰｏ側に移動した塗布完了点Ｑに至る。塗布軌跡Ｋの描き方は、スプレーノズル７が第１半円Ｒ１を塗布する時は、塗布完了点Ｑを中心として円弧を描き、第２半円Ｒ２を塗布する時は、ウエーハ基板１の回転中心Ｏを中心として円弧を描く。この場合もノズル７が点Ｓに至るまでは噴霧塗布がなされていないので、どのような軌跡を描いてもかまわないが、実質的に点ＳからホームポジションＰｏに遡ったときに前記関係が成り立つような関係にあれば足る。
【００１５】
前述のように塗布軌跡Ｋ上の点Ｐｓは塗布有効領域Ｔの外縁Ｅがウエーハ基板１の外縁ｅに交差した時点のスプレーノズル７の中心点Ｐの位置で、点Ｐｏから点Ｐｓまでの時間でスプレーノズル７の中心点Ｐは点Ｐｏから点Ｘｓまで増減速しながら移動する。(前述したように点Ｐｏから点Ｐｓまでは噴霧塗布をしないので、この範囲は塗布完了点Ｑを中心とする移動速度変化に限られずどのような速度変化を取ってもよく、実際上は点Ｐｓから点Ｘ２ａまでの範囲が塗布完了点Ｑを中心とする移動速度変化であれば良い。ただ理解を容易にするためにここでは点Ｐｏから点Ｐｓまでの範囲についての移動速度変化を塗布完了点Ｑを中心としたものとする。詳細は後述する。) そして、点Ｐｏから塗布軌跡Ｋとウエーハ二分割直線Ｘ２との交差点Ｘ２ａ、Ｘ２ｂ…Ｘｎまでの各区間を通過する時間（ｔＸ２ａ）、（ｔＸ２ｃ−ｔＸ２ｂ）…に等しい時間でスプレーノズル７は点Ｐｏから点Ｘ２ａまで、更には点Ｘ２ｂから点Ｘ２ｃまで…半円Ｒ１の各区間を増減速移動し、半円Ｒ２に切り替わると停止する。
【００１６】
半円Ｒ１の最初の塗布(点Ｐｓ→点ＰＸ２ａ)では、最初の塗布が終了するとノズル７は半円Ｒ２の噴霧塗布が終了するまで点ＰＸ２ａに対応する移動軌跡Ｘ１上の点Ｘ１ａで停止し(半円Ｒ２の噴霧塗布終了時点ではウエーハ基板１の回転に伴いノズル７は点Ｘ２ｂに一致するので、ノズル７の移動軌跡Ｘ１上の停止位置は点Ｘ２ｂに対応する点Ｘ１ｂになる。換言すれば、点Ｘ１ａ＝点Ｘ１ｂでノズル７は停止)、続いてＸ１ｂからＸ１ｃまで増減速・停止を繰り返しながら点Ｘ１(ｎ)に到達する。この後、半円Ｒ２の噴霧塗布終了点Ｑまでノズル７はその位置で停止する。以上がスプレーノズル７の動きの概略である。
【００１７】
一方、ウエーハ基板１側では、ホームポジションＰｏを出発したスプレーノズル７の中心点Ｐが第１半円Ｒ１を通過し、ウエーハ二分割直線Ｘ２との交差点Ｘ２ａに至るまではノズル７の点Ｐｏから点Ｘ１ａまで加減速進行に追従して回転速度を調整し、両者の相対移動速度が一定となるように制御する。噴霧塗布開始時期は前述のように角度θｏによって定まる。
【００１８】
続いてノズル７の中心点Ｐはウエーハ基板１の回転によって第２半円Ｒ２に入るが、ノズル７の中心点Ｐは第２半円Ｒ２において塗布軌跡Ｋ上をＸ２ａからＸ２ｂまで進む。この間前述のようにスプレーノズル７は点Ｘ１ａ→Ｘ１ｂで停止している。塗布はこれを繰り返し、ノズル７の中心点Ｐが点Ｑに到達した時点で終了する。従って、螺旋状の相対移動塗布軌跡Ｋと直線Ｘ２の交点Ｘ２ａ、Ｘ２ｂ…Ｘ２(ｎ)は前述のようにスプレーノズル７の直線移動軌跡Ｘ１上の点Ｘ１ａ、Ｘ１ｂ…Ｘ１(ｎ)にそれぞれ対応する。勿論、ノズル７の加減速(速度調整)と停止回数これに対するウエーハ基板１の回転制御はウエーハ基板１の大きさや塗布有効領域Ｔの広さに合わせて適宜増減できることは言うまでもない。また、図８はホームポジションＰｏから塗布終了点Ｑまでを２周としているが、当然、ウエーハ基板１の直径や塗布有効領域Ｔの大きさによって適宜の周回数が選定されることになる。
【００１９】
図９、１０は前述のように上記スプレーノズル７の動きとウエーハ基板１の回転の関係を図解したもので、以下、これついて説明する。図９、１０はホームポジションＰｏから点Ｑまで図８と同様周回数が２回の場合である。既述のようにスプレーノズル７の中心点Ｐはウエーハ基板１に対してはホームポジションＰｏをスタートし、点Ｑを中心とした円弧を描いて相対移動し、点Ｘ２ａに至る。その場合、中心点Ｐの速度変化はホームポジションＰｏから点Ｘ２ａに至る直線移動軌跡Ｘ１に投影された点の動きとなって現れる。これが速度変化曲線Ｖ１でホームポジションＰｏから増速し、回転中心Ｏで最大値となり、然る後に減速して、点Ｘ２ａで０になる（図９）。
【００２０】
一方、スプレーノズル７は、実際の動きとして、直線移動軌跡Ｘ１上をホームポジションＰｏからスタートして点Ｘ１ａに至る。即ち、既に述べたように、点Ｘ１ａは点Ｘ２ａに対応する位置であり、この速度変化をホームポジションＰｏから点Ｘ１ａまでの速度変化に変換して表現したのが、速度変化曲線ｖ１である。そして、この速度変化曲線Ｖ１、ｖ１の太線部分が点Ｐｓから点Ｘ２ａ、点Ｘｓ(点Ｐｓに対応する直線Ｘ１上の点)から点Ｘ１ａまでの速度変化曲線で、図６、７の左端の曲線に相当する(図ではＶ１は表示せず。)。このような速度変化を以ってスプレーノズル７がホームポジションＰｏから点Ｘ１ａまで移動する。そして、この速度変化に合わせてウエーハ基板１が相対速度一定となるように回転制御され、第１半円Ｒ１の最初の塗布が行われる。
【００２１】
中心点Ｐが点Ｘ２ａを超えて第２半円Ｒ２に入ると、スプレーノズル７は点Ｘ２ａ(即ち直線Ｘ１上では点Ｘ１ａ＝Ｘ１ｂ)で停止し、停止したスプレーノズル７に対してウエーハ基板１は等速で回転し、スプレ−ノズル７は点Ｘ２ｂに至り、最初の第２半円Ｒ２の塗布が行われる。
【００２２】
続いて第１半円Ｒ１の２番目の塗布が行われることになるが、これを立体的に表現したのが図１０である。点Ｘ２ｂから点Ｘ２ｃまでの間は前述と同じく、点Ｑを中心とした円弧状の塗布軌跡Ｋ上を移動する中心点Ｐの直線移動軌跡Ｘ１への投影速度変化を速度変化曲線Ｖ２で表し、これを点Ｘ１ｂから点Ｘ１ｃまでの速度変化に変換し、これを速度変化曲線ｖ２として表したものであって、ノズル７は直線Ｘ１上を点Ｘ１ｂから点Ｘ１ｃまで当該速度変化で移動する。これを繰り返して最終的に塗布完了点Ｑに至る。図８〜１０は図の煩雑さを避けるため２周としたが、図５〜７は感光液塗布が２周以上の場合を示している。
【００２３】
即ち、請求項１は、感光液Ｌを円形の塗布有効領域Ｔにおいて噴霧しつつ、回転するウエーハ基板１の回転中心Ｏ上を通る直線移動軌跡Ｘ１に沿って移動する超音波スプレーノズル７を用いて、ウエーハ基板１上に描かれる超音波スプレーノズル７の周回がずれた塗布軌跡Ｋ上の隣接する塗布有効領域Ｔの外縁Ｅが互いに接するように感光液Ｌを噴霧状で塗布する感光液の塗布方法であって、
超音波スプレーノズル７と回転するウエーハ基板１との相対移動関係において、
スプレーノズル７の移動開始時に直線移動軌跡Ｘ１と一致する、ウエーハ基板１上の仮想の直線でウエーハ基板１と共に一体となって回転するウエーハ二分割直線Ｘ２にてウエーハ基板１を二分割し、
二分割されたウエーハ基板１の一方の半円で、塗布有効領域Ｔの外縁Ｅがウエーハ基板１の外縁ｅと交差する点Ｓ側の半円Ｒ１部分を塗布するとき、
直線移動軌跡Ｘ１上におけるウエーハ基板１の回転中心Ｏから塗布有効領域Ｔの半径ｗ／２だけ離間した塗布完了点Ｑを中心とした塗布有効領域Ｔの中心点Ｐの塗布軌跡Ｋである円弧上の点を直線移動軌跡Ｘ１に投影した速度変化で超音波スプレーノズル７を半円Ｒ１部分の塗布時間に相当する時間（０→ｔＸ２ａ、ｔＸ２ｂ→ｔＸ２ｃ…）の間だけ直線移動軌跡Ｘ１上を加減速(速度調整)移動させ、且つ、この超音波スプレーノズル７の加減速に合わせてウエーハ基板１の回転速度が超音波スプレーノズル７に対して相対移動速度が一定となるように加減速(速度調整)し、
ウエーハ基板１の他の半円Ｒ２部分を塗布するとき、ウエーハ基板１の回転速度を等速とすると共に超音波スプレーノズル７の中心点Ｐが半円Ｒ１部分から半円Ｒ２部分に切り替わる時点から半円Ｒ１部分に切り替わる時点まで停止させることを特徴とする。
【００２４】
請求項２は更に詳しく数式で規定したもので、
回転する円盤状のウエーハ基板１に対し、感光液Ｌを円形の塗布有効領域Ｔにて噴霧しつつ、前記ウエーハ基板１表面との高さ方向の距離Ｈを保って前記ウエーハ基板１の外縁ｅ側からウエーハ基板１の回転中心Ｏに向かって直線移動軌跡Ｘ１を描きつつ直線移動する超音波スプレーノズル７を用いてウエーハ基板１上に描かれる超音波スプレーノズル７の周回がずれた塗布軌跡Ｋ上の隣接する塗布有効領域Ｔの外縁Ｅが互いに接するように感光液Ｌを噴霧状で塗布する感光液の塗布方法であって、
スプレーノズル７の移動開始時に直線移動軌跡Ｘ１と一致する、ウエーハ基板１上の仮想の直線でウエーハ基板１と共に一体となって回転するウエーハ二分割直線Ｘ２にてウエーハ基板１を二分割し、
前記塗布有効領域Ｔの外縁Ｅと前記ウエーハ基板１の外縁ｅとが最初に交差する点Ｓ側の半円を第１半円Ｒ１とし、残りの半円を第２半円Ｒ２としたとき、
（ａ）前記ウエーハ基板１の回転数は下式(A1)、(A2)の通りであり、
(a-1) ウエーハ基板１の回転時において、塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが第１半円Ｒ１側に位置するときは、
(a-2) 塗布有効領域が第２半円Ｒ２側に位置するときは、
[但し、ｖは感光液Ｌの塗布速度、ｗは塗布有効領域Ｔの直径、ｎはノズル中心点Ｐの塗布軌跡Ｋ上のある地点における、１／２回転を単位としたウエーハ基板１の残りの回転回数、θは直線移動軌跡Ｘ１と、ウエーハ基板１の回転中心Ｏと塗布有効領域Ｔの中心点Ｐとを結ぶ直線ＯＰとの、直線移動軌跡Ｘ１を起点とするウエーハ基板１の逆回転方向における成す角度。]
（ｂ）前記超音波スプレーノズル７の移動速度は下式(B1)、(B2)の通りである
(b-1) 塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが第１半円Ｒ１側に位置するときは、
(b-2) 塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが第２半円Ｒ２側に位置するときは、
[但し、ｖは感光液Ｌの塗布速度、ｗは塗布有効領域Ｔの直径、ｎはノズル中心点Ｐの塗布軌跡Ｋ上のある地点における、１／２回転を単位としたウエーハ基板１の残りの回転回数、αはウエーハ二分割直線Ｘ２と、点Ｑと塗布有効領域Ｔの中心点Ｐを結ぶ直線ＱＰとの、直線移動軌跡Ｘ１を起点とするウエーハ基板１の逆回転方向における成す角度。]であることを特徴とする。
【００２５】
請求項３は、請求項１又は２において、ホームポジションＰｏから塗布有効領域Ｔの外縁Ｅと前記ウエーハ基板１の外縁ｅとが最初に交差する時間又は地点をウエーハ基板１の直径と塗布有効領域Ｔの直径から数式(4)で演算し、該間又は地点に到達する直前又は到達時に感光液噴霧を開始することを特徴とする。
【００２６】
請求項４は、請求項１〜３において、スプレーノズル７側をマイナスに、ウエーハ基板１側をプラスに帯電させた状態で噴霧塗布することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、ウエーハ基板上に描かれる超音波スプレーノズルの塗布軌跡上の隣接する塗布前後の塗布有効領域の外縁が互いに接するように感光液を噴霧状で塗布しつつ、上記制御方法又は式に基づいて超音波スプレーノズルとウエーハ基板とを相対移動させているので、ウエーハ基板上を相対移動する超音波スプレーノズルの周速(相対移動速度)がウエーハ基板に対して一定となり、ウエーハ基板の全面に対して連続的な一度塗り(これは１度で全表面を均一に塗布出来ることを意味するもので、これをｎ回繰り返すｎ度塗りも可能)で感光液の均一塗布が完了する。また、感光液噴霧の開始時間又は位置を制御しているので、感光液の更なる節約も可能となるし、分極状態で噴霧塗布することでマイナスに帯電した感光液がプラスに帯電したウエーハ基板に引き寄せられて周囲に散乱する量が大幅に減少し、感光液の節約や重なり部分の塗布量の均一性向上に寄与する事になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明方法が適用される感光液塗布装置の概略正面図である。
【図２】図１で使用される超音波スプレーノズルの断面図である。
【図３】ウエーハ基板上における塗布有効領域の移動軌跡(感光液塗布開始時)を表した図である。
【図４】ウエーハ基板上における塗布有効領域の移動軌跡(感光液塗布中)を表した図である。
【図５】ウエーハ基板の回転数と超音波スプレーノズルの位置との関係を示すグラフである。
【図６】ウエーハ基板の回転数と超音波スプレーノズルの移動速度との関係(角度単位)を示すグラフである。
【図７】ウエーハ基板の回転数と超音波スプレーノズルの移動速度との関係(時間単位)を示すグラフである。
【図８】ウエーハ基板の回転と超音波スプレーノズルの直線移動との関係を示す斜視図である。
【図９】ウエーハ基板上の最初の移動軌跡における移動速度変化と超音波スプレーノズルの移動速度変化との関係を示す斜視図である。
【図１０】ウエーハ基板上の第２塗布以降の移動軌跡における移動速度変化と超音波スプレーノズルの移動速度変化との関係を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。感光液塗布装置Ａに適用される感光液Ｌはレジストやポリイミドなどが代表的なものであるが、ウエーハ基板１上に均一塗布しなければならないようなものは全て含まれることになる。
【００３０】
感光液塗布装置Ａのウエーハ搭載部４は回転式のスピンチャック、或いは固定式で超音波スプレーノズル７を装着したアクチュエータ３０をＸ−Ｙ方向に移動させて感光液塗布を行う方法がある。なお、ここではスピンチャックをウエーハ搭載部４の代表例として説明する。スピンチャック４は、載置台８とその下面中心に垂設された回転軸１０とで構成されており、回転軸１０は装置本体(図示せず)に取り付けられたベアリング１１に回転可能に取り付けられている。載置台８は円板状で、回転軸１０が設けられ、その上面にヒータ収納凹所が形成された本体部８ａと、搭載したウエーハ基板１との接触部位２を構成するヒータ収納凹所を閉塞するウエーハ基板載置蓋８ｂとで構成されており、ヒータ収納凹所の内部にマイカヒータ３が内蔵され、ウエーハ基板載置蓋８ｂおよびヒータ収納凹所に接触している。載置台８そのものは熱容量の小さいアルミニウムで形成されている(勿論、これに限られず熱容量の小さい材料であればよい。また、材料は金属に限られず耐薬品性があれば樹脂でもよい。)。
【００３１】
また、ウエーハ基板載置蓋８ｂにはウエーハ基板１を吸着するための吸着孔(図示せず)あるいは吸着孔が形成された吸着溝(図示せず)が形成されており、載置されたウエーハ基板１を吸着固定するようになっている。勿論、吸着以外の方法でウエーハ基板１を固定することも可能である。
【００３２】
マイカヒータ３はジグザグの帯状に形成した、例えばステンレス箔製の発熱体を上下からマイカ板にてサンドイッチしたもので、高ワット密度、厚みが１ｍｍ程度と非常に薄くしかも熱容量が著しく小さい面状発熱体である。面状発熱体であるため接触する載置台８、特に接触部分であるウエーハ基板載置蓋８ｂに対する加熱効率が優れている。
【００３３】
スピンチャック４の回転軸１０は隣接して設けられたスピンモータ２０によりタイミングベルト２１を介して回転駆動されている。図１中の２２、２３はタイミングベルト２１が取り付けられるプーリである。
【００３４】
給電装置６はリモートシステム６ａ、６ｂとヒータコントローラ６ｃとが含まれ、一対で構成されるリモートシステム６ａ、６ｂが回転軸１０と同軸にて設置されている。リモートシステム６ａ、６ｂは回転トランスの一種で、一方(６ａ)が回転軸１０の軸端に一体的に装着されて回転軸１０と共に回転する。他方(６ｂ)は非接触で且つ近接して固定されており、給電装置６からの電力を回転軸側のリモートシステム(６ａ)に非接触で給電するようになっている。
【００３５】
また、給電装置６にはヒータコントローラ６ｃが設置されており、マイカヒータ３の温度調節を行うようになっている。マイカヒータ３の温度検出は載置台８内に内蔵された温度計測部５の一部である温度検出器の白金側抵抗体によって検出され、その検出信号によりヒータコントローラ６ｃがマイカヒータ３の温度調節を行っている。
【００３６】
超音波スプレーノズル７はアクチュエータ３０に取り付けられ、下方に設置されているスピンチャック４上を、スピンチャック４の回転中心を通って往復移動し、これを直線移動軌跡Ｘ１とする。超音波スプレーノズル７の構造は図２に示す通りで、超音波振動するノズルボディ７ａ、ノズルボディ７ａを収納し、これを支持するハウジング７ｂ、ハウジング７ｂの下部に接続して設けられた不活性ガス供給部７ｅとで構成されている。不活性ガス供給部７ｅには下面に開口する下面開口部７４が形成されており、その内周に形成された雌ネジ部にキャリアガス噴出ノズル７５が突出・没入方向に進退可能に螺装されている。そしてキャリアガス噴出ノズル７５の中心にはキャリアガス噴出孔７ｄが穿設されており、該キャリアガス噴出孔７ｄの中心にノズルボディ７ａのノズルステム７ａ１が配設されていてキャリアガス噴出孔７ｄとノズルステム７ａ１との間に間隙(この部分をキャリアガス噴出口７ｄ１とする。)が設けられ、これを進退させることによりキャリアガス噴出口７ｄ１の間隙を調整することが出来る。
【００３７】
更にキャリアガス噴出ノズル７５とは別体にてキャリアガス噴出ノズル７５の細く絞り込まれた下部７５ａを取り囲むようにして下面開口部７４にエアカーテンガス噴出ノズル７６が突出・没入方向に進退可能に螺装され、キャリアガス噴出ノズル７５の外周面との間に間隙(この部分をエアカーテンガス噴出口７６ａとする。)が設けられ、これを進退させることによりエアカーテンガス噴出口７６ａの間隙を調整することが出来る。そして、エアカーテンガス噴出ノズル７６の下面の内周縁には全体に気流の流れを整える気流ガイド突条部７６ｂが突設されている。
【００３８】
不活性ガス供給部７ｅ内の上半部分にはキャリアガス噴出孔７ｄに連通し、ノズルステム７ａ１の基部が直接収納されるデフュージョンチャンバ７ｃ１と、これと別個に不活性ガス供給部７ｅ内の下半部分にエアカーテン用チャンバ７ｃ２が設けられ、それぞれに不活性ガス供給インレット７ｆ１、７ｆ２が設けられ、個別に窒素が供給されるようになっている。そして、エアカーテン用チャンバ７ｃ２とエアカーテンガス噴出口７３とは連通しており、供給された窒素がエアカーテンガス噴出ノズル７６に供給され前記エアカーテンガス噴出口７３からキャリアガス噴出ノズル７５全周を取り囲むようにエアカーテン形成用窒素が噴出されるようになっている。なお、本実施例ではキャリアガス噴出ノズル７５とエアカーテンガス噴出ノズル７６とを別体で構成するようにしたが、勿論、一体形成することも可能である。また、使用ガスも窒素としたが、清浄空気或はＡｒのような他の不活性ガスの使用も可能である。
【００３９】
前記ノズルボディ７ａのセンターには前述のノズルステム７ａ１の先端に開口する貫通孔７ａ２が穿設されており、この貫通孔７ａ２に感光液供給継手７ｈが接続されている。
【００４０】
本実施例ではエアカーテンガス噴出口７３が１重で形成されている例を示したが、勿論、これに限られず２重以上としてもよい。また、エアカーテンガス噴出口７３の外側にてウエーハ基板１直上で噴出されたエアカーテンガス７１の裾の部分を吸引してエアカーテンガス７１が周囲に流れないようにしてもよい。なお、噴出される窒素はいずれも層流となるように制御される。
【００４１】
また、本実施例ではエアカーテンガス７１として供給される窒素やキャリアガス噴出孔７ｄから噴出する窒素は個別の系統にし、それぞれに流量制御弁を設けるなどしてその流量や噴出度の強さを制御することも出来る。なお、ここでは窒素を使用したが、当然清浄空気或やＡｒなど他の不活性ガスを使用することも出来る。
【００４２】
前記感光液供給継手７ｈには開閉弁３５を介して感光液Ｌが充填された感光液袋３７が接続されており、感光液袋３７の出口には脈動防止用の液溜め部３９が設けられていて、一定の感光液がここから流出するようになっている。液溜め部３９の出口にはさらに微小流量圧送ポンプ４０が接続され、微小流量圧送ポンプ４０と開閉弁３５との間に流量制御弁４２が設けられている。
【００４３】
また、超音波スプレーノズル７のハウジング７ｂには超音波発生装置９が接続されており、ノズルステム７ａ１を超音波振動させるようになっている。
【００４４】
アクチュエータ３０はスピンチャック４の上方にて水平に設置されており、取り付けられた超音波スプレーノズル７を、スピンチャック４上に載置したウエーハ基板１の中心を通って該ウエーハ基板１を横断するように移動させる機能のもので、このような機能を有する装置であればどのようなものでもよく、例えばモータ３０ａにてボールネジ(図示せず)を回動させ、ボールネジに螺着され、超音波スプレーノズル７が装着されたボールナット(図示せず)を往復させるようにしてもよいし、シリンダ装置のようなものを利用してもよい。
【００４５】
また、本装置には分極装置(図示せず)が装着されており、スプレーノズル７側がマイナスに、ウエーハ基板１側がプラスに分極するようになっている。
【００４６】
次に、上記感光液塗布装置Ａを用いてウエーハ基板１に感光液Ｌを塗布する本発明の方法について説明する。
【００４７】
まず始めに、スピンチャック４上に中心を合わせてウエーハ基板１をセットし、スピンモータ２０を回転させる。ウエーハ基板１の回転はノズル７の始動と同時でも良いし、その前後であっても良い。ここではノズル７の始動にはウエーハ基板１は回転しているものとする。これと同時に(或いはこれと前後して)分極装置を作動させ、且つマイカヒータ３に給電してマイカヒータ３を加熱する。マイカヒータ３および載置台８は熱容量が小さいため且つマイカヒータ３の高加熱効率により、載置台８とこれに密着して固定されているウエーハ基板１とが急速に所定温度迄昇温する。これを温度計測部５により検出し、ウエーハ基板１が所定の温度になったことを確認してアクチュエータ３０を作動させ、ホームポジションＰｏからスプレーノズル７をウエーハ基板１の回転中心Ｏに向かって移動させる。既に述べたように塗布有効領域Ｔの外縁Ｅがウエーハ基板が１の外縁ｅに最初に接触し続いて交差する点Ｓまでは噴霧塗布と関係がないので、点Ｓ以降の移動速度に影響を与えない限り迅速に点Ｓまで移動する事になる。前述のように点Ｑを中心とする円弧状の塗布軌跡Ｋを描くようにしてもよいし、ホームポジションＰｏから点Ｓまで直線的に増速するようにしてもよい。点Ｓの位置は前述のように数式(4)で予め算出できる。
【００４８】
前述のように分極装置を作動させると、スプレーノズル７内の感光液Ｌはマイナスに帯電している。なお、半導体生産に使用される感光液Ｌは超高純度溶液であるから帯電し易い性質を有する。
【００４９】
超音波スプレーノズル７から噴出されている霧状感光液Ｌの噴霧エリア（正確には後述の塗布有効領域Ｔの外縁Ｅ）が点Ｓ(塗布有効領域Ｔの外縁Ｅがウエーハ基板１の外縁ｅに最初に接触し続いて交差している点)でウエーハ基板１の外縁ｅに交差時或いはその直前で開閉弁３５を開くと共に微小流量圧送ポンプ４０並びに超音波発生装置９を作動させ、ノズルステム７ａ１を超音波振動させて感光液Ｌを霧化し、その周囲で吹き出すキャリアガスに乗せて超音波スプレーノズル７の先端から霧状の感光液Ｌを脈動なしの状態で噴出させ、霧状の感光液Ｌのスプレー塗布を行う。
【００５０】
この時、霧状の感光液Ｌを担持したキャリアガスは一定の幅で吹き出され、下った処の周囲ではスカート状にある程度拡散する。従って、中心部分のある一定の範囲内は霧状の感光液Ｌの密度の高い部分(この部分が有効塗布領域Ｗ)となっているが、前記スカート状に拡散した部分は密度の低い部分となる。本発明では、この時、霧状の感光液Ｌを担持したキャリアガスの周囲はエアカーテンガス７１で取り囲まれているために、スカート状に拡散した部分である密度の低い部分は、エアカーテンガス７１でその拡散が阻止され、中心部分の密度の高い部分よりは低密度となるものの図２のようにエアカーテンガス７１の範囲内にその拡散が抑制される。
【００５１】
このような形態におけるスプレー塗布方法は、周囲からエアカーテンガス７１が形成されるように窒素をエアカーテンガス噴出口７３から噴出させ、この状態で感光液噴出ノズル口７２から霧状の感光液Ｌをスカート状に整形噴出させながら超音波スプレーノズル７をウエーハ基板１に対して相対移動させる。この時、周回のずれた噴霧移動軌跡Ｋにおける相隣り合う霧状の感光液Ｌの塗布有効領域Ｔのスカート状裾部分が、超音波スプレーノズル７の直下部分の高濃度部分の略半分の濃度のところで互いに重なり合うようにして超音波スプレーノズル７をウエーハ基板１に対して相対移動させる。つまり、超音波スプレーノズル７から噴射されるスカート状に拡散した霧状の感光液Ｌのうち、超音波スプレーノズル７の直下部分の高濃度部分の略半分の濃度のところまでが「塗布有効領域Ｔ」であり、この塗布有効領域Ｔの外縁Ｅ同士が互いに重なるようにして超音波スプレーノズル７をウエーハ基板１に対して相対移動させる。(前述のように数値的には略半分と言うことになるが、前記数値に拘らず、重なり部分Ｌ／２が実質的には塗布ムラとならない範囲を含むことは当然である。) なお、図１、２において、ＬＳ’は高密度部分と重なり合ったスカート状裾部分とが交互に位置しつつ均一に塗布された状態を示し、ＬＳは溶媒が蒸発して固化した状態を示す。(なお、図のＬＳ’は理解を容易にするために誇張されている。)
【００５２】
ここで、前述のように分極装置を使用した場合、マイナスに帯電した感光液Ｌはプラスに帯電したウエーハ基板１側に吸い寄せられてその大半は「塗布有効領域Ｔ」内に蝟集し、若干が「塗布有効領域Ｔ」外に吹き零れる［図２(b)］。もし、このような帯電なしで噴霧塗布を行えば、エアカーテン７１により霧状感光液Ｌの散乱はある程度防止できるものの、エアカーテン７１に乗って周囲に散乱するものもあり、同図(c)に示すように「塗布有効領域Ｔ」外に吹き零れるものも少なからず存在する。この意味で帯電方式を採用することにより正確に「塗布有効領域Ｔ」内への塗布が容易になる。
【００５３】
さらに本実施形態の感光液塗布方法は前記概略した通り、第１半円Ｒ１の塗布は、点Ｑを回転中心として超音波スプレーノズル７が塗布有効領域Ｔの中心点Ｐの移動軌跡を辿るように移動し、第２半径Ｒ２の塗布は、ウエーハ基板１の回転中心Ｏを中心として超音波スプレーノズル７が塗布有効領域Ｔの中心点Ｐの移動軌跡を辿るように移動し、これに合わせてウエーハ基板１の回転制御がなされるのであるが、該方法の詳細な説明は既になされた通りである。
【００５４】
簡単に言えば本発明の塗布方法は、回転しているウエーハ基板１を２分割してそれぞれを第１,２半円Ｒ１,Ｒ２として塗布方法を切り替えている。そして図３及び図４は、超音波スプレーノズル７を回転するウエーハ基板１に対して相対移動させたときのウエーハ基板１上における塗布有効領域Ｔの移動軌跡を表したもので、図３は塗布有効領域Ｔの中心点Ｐ(＝ノズル先端)が第１及び第２象限（第１半円Ｒ１側）に存在する場合であり、図４は第３及び第４象限（第２半円Ｒ２側）に存在する場合である。
【００５５】
（１）ウエーハ基板１の回転中心Ｏから塗布有効領域Ｔの中心点Ｐまでの距離
ウエーハ径をｄ、塗布有効領域の幅をｗとしたとき、ｎｏはウエーハ基板１枚を塗布するためのウエーハ基板１の回転回数（換言すれば、ノズル中心点ＰがホームポジションＰｏから塗布完了点Ｑに至るまでのウエーハ基板１の回転回数）、ｎはノズル中心点Ｐの塗布軌跡Ｋ上のある地点における、１／２回転を単位としたウエーハ基板１の残りの回転回数で下式（１）の通りとなる。なお、式中のｋは１／２回転を単位とし初回を０とした回転回数である。なお、ｎｏはホームポジションＰｏから塗布完了点Ｑに至るまでのウエーハ基板１の回転回数であるから整数であるが、これを定義するｄ／２をｗで割ると小数点が発生する場合があり、その場合は切り上げて整数としている。換言すれば、ホームポジションＰｏと塗布完了点Ｑは直線Ｘ１上にあり、ノズル７がホームポジションＰｏから塗布完了点Ｑまで移動するにはウエーハ基板１が整数回回転することになる。また、上記ｋの説明において「初回が０」とは、点Ｓから点Ｘ２ａまでノズル７が移動する場合、この区間ではｋ＝０と言うことで、残回転回数はｎ＝ｎｏである。そしてこれに続く半円Ｒ２の塗布領域に入ってｋ＝１となり、残回転回数は半周分減ることになる。以下、半周分づつ減少していく。
【数１】
【００５６】
ここで、図３における第１及び第２象限、すなわちウエーハ基板１の第１半円Ｒ１側では、超音波スプレーノズル７の軌道が、感光液噴霧完了時の超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの中心点Ｐ[座標（−ｗ／２、０）]、即ち、点Ｑを回転中心とする円弧となるので、ウエーハ基板１の中心から塗布有効領域Ｔの中心点Ｐまでの距離をｒとしたとき、このｒは、余弦定理から下式（２）のように求められる。
【数２】
【００５７】
一方、図３における第３及び第４象限、即ち第２半円Ｒ２側部分では、超音波スプレーノズル７の軌道がウエーハ基板１の回転中心Ｏ[座標（０、０）]を中心とする円弧となるので、ウエーハ基板１の中心から塗布有効領域Ｔの中心点Ｐまでの距離ｒは下式（３）の通りとなる。
【数３】
【００５８】
なお、図３において、超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが、第１象限から第４象限へ切り替わるとき(換言すれば、中心点Ｐがウエーハ二分割直線Ｘ２と交差して第２半円Ｒ２に突入するとき)、及び第３象限から第２象限へ切り替わるとき(換言すれば、中心点Ｐがウエーハ二分割直線Ｘ２と交差して第１半円Ｒ１に突入するとき)に、ｎは１／２減算する。
【００５９】
（２）回転角度の初期値
回転角度の初期値、すなわち、図３において、超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの外縁Ｅが点Ｓにおいてウエーハ基板１の外縁ｅに最初に接触するとき(ｒ＝ｄ／２＋ｗ／２)の角度θ0(すなわちｋ＝０のときの開始角度)は下式により求められる。
【数４】
【００６０】
ウエーハ基板１を回転駆動させるスピンモータ２０の回転角度はｋ＝０のときπ−θ0、それ以外のｋ＝１、２、３、…、２ｎ0−１のときはπとなる。
【００６１】
（３）ウエーハ基板の回転数(＝スピン回転数)の制御式
本実施形態の感光液Ｌの塗布方法では、ウエーハ基板１の表面を相対移動する超音波スプレーノズル７の周速(相対移動速度)が一定となるように制御する。このため、ウエーハ基板１上における感光液Ｌの塗布速度をｖ(ｍｍ／ｓｅｃ．)とすると、
ｖ＝ｒθ
θ＝ｖ／ｒ
となる。従って、ウエーハ基板１の１秒当りの回転数はθ／２π＝ｖ／２πｒ(ｒｐｓ)となり、１分当りの回転数は３０ｖ／πｒ(ｒｐｍ)となる。なお、感光液Ｌの塗布速度ｖは、ウエーハ基板１上に塗布する感光液Ｌの塗布量に応じて適宜設定する値である。
【００６２】
そして、ウエーハ基板１の１分当りの回転数を上記式（２）に代入して、塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが第１及び第２象限にあるときのウエーハ基板１の回転数を求めると下式（５）の通りとなる。
【数５】
【００６３】
一方、ウエーハ基板１の１分当りの回転数を上記式（３）に代入して、塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが第３及び第４象限にあるときのウエーハ基板１の回転数を求めると下式（６）の通りとなる。
【数６】
【００６４】
以上より、本実施形態の感光液の塗布方法では、上式（５）及び（６）に基づいてウエーハ基板１の回転数が制御される。
【００６５】
（４）超音波スプレーノズルの移動速度の制御式
続いて、アクチュエータ３０に取り付けられ、回転数が上記式（５）及び（６）によって制御されるウエーハ基板１の上を直線移動軌跡Ｘ１に沿って往復移動する超音波スプレーノズル７の移動速度の制御式は次のようにして求められる。
【００６６】
まず始めに、超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが第１及び第２象限にあるとき、即ち図３に示すように、相対運動における超音波スプレーノズル７の回動中心が点Ｑ『感光液噴霧完了時の超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの中心点Ｐ[座標（−ｗ／２、０）] 』にあるとき、ウエーハ二分割直線Ｘ２と直線ＱＰ[点Ｑと感光液噴霧中の超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの中心点Ｐを結ぶ直線]との交点において、両者の成す角度をα(ただし、角度方向はウエーハ二分割直線Ｘ２を起点としてウエーハ基板１の逆回転方向)とすると、ウエーハ基板１の中心から超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの中心点Ｐまでの距離ｒは、余弦定理から下式（７）の通りとなる。
【数７】
【００６７】
また、上記式（２）とこの式（７）とから以下の式（８）が導き出せる。
【数８】
【００６８】
続いて、処理時間をｔ秒とすると、ｎｗα＝ｖｔとなるので、上記式（７）より、超音波スプレーノズル７の移動速度の制御式を求めると、まず下式（９）が求められる。
【数９】
【００６９】
この式（９）は、ウエーハ基板１の回転中心Ｏから見た、超音波スプレーノズル７の回転中心Ｏに向かう速度(換言すれば、塗布有効領域Ｔの中心点Ｐの移動区間Ｐｏ→Ｘ２ａ…Ｘ２(ｎ−１)→Ｘ２(ｎ)それぞれにおいて、点Ｑを中心とする塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが描く第１半円Ｒ１上の円弧上の点を直線移動軌跡Ｘ１に投影した点の移動速度変化を基に移動距離Ｐｏ−Ｘ１ａ、…、Ｘ１(ｎ−１)→Ｘ１(ｎ)それぞれで加減速(速度調整)が完了するように換算した比例速度)であることから、ウエーハ基板１の外縁Ｅから回転中心Ｏに向かう方向を正とすると、超音波スプレーノズル７の移動速度の制御式は下式（１０）の通りとなる。
【数１０】
【００７０】
一方、超音波スプレーノズル７の塗布有効領域Ｔの中心点Ｐが第３及び第４象限(即ち、第２半円Ｒ２側)にあるとき、即ち、図４に示すように、相対運動における超音波スプレーノズル７の回動中心がウエーハ基板１の回転中心Ｏ[座標（０、０）]にあるとき、上式（３）から超音波スプレーノズル７の移動速度の制御式は下式（１１）の通りとなり、点Ｘ１ａ、Ｑで停止状態を保つ。
【数１１】
【００７１】
以上より、本実施形態の感光液の塗布方法では、上式（１０）及び（１１）に基づいて超音波スプレーノズル７の移動速度が制御される。
（５）１枚のウエーハ基板に対して感光液塗布を行なう総処理時間
図３における座標（−ｗ／２、０）から見た回転角度の初期値をαoとすると、ｋ＝０のとき、及びｋ＝１、２、３、…、２ｎ0−１のときの各処理時間(すなわち感光液Ｌの塗布時間)は下式の通りとなる。
【数１２】
【００７２】
したがって、１枚のウエーハ基板１に対して感光液塗布を行なう総処理時間は、下式の通りとなる。
【数１３】
【００７３】
上述のような各制御式を用いて、ウエーハ径が２００ｍｍ、塗布有効範囲の直径が３０ｍｍ、塗布速度を５０ｍｍ／秒とした場合におけるウエーハ基板１の回転数及び超音波スプレーノズル７の移動速度の変化(つまり、これらの制御状態)を示したのが図５乃至図７である。
【００７４】
以上のように、本実施形態の感光液塗布装置Ａでは、ウエーハ基板１の表面を相対移動する超音波スプレーノズル７の周速(相対移動速度)が一定となるようにウエーハ基板１の回転数と前記超音波スプレーノズル７の移動速度とが制御されているが、この間、温度検出器によりウエーハ基板１或いは載置台８の温度を常時検出してウエーハ基板１周縁から立ち昇る温度がスプレー噴霧の溶媒を蒸発させない程度の温度に保たれ、スプレー噴霧がウエーハ基板１の上面に均一に塗布されるように制御される。温度制御はヒータコントローラ６ｃにより行われる。マイカヒータ３が収納されている載置台８の熱容量は非常に小さいので、マイカヒータ３のオン・オフによる温度変化に追従していくことができ、温度ドリフトを大幅に抑制することができる。以上において、図に示した実施例では点Ｓから点Ｑまで２回転弱で塗布完了となっているが、勿論、これに限られず、ウエーハ基板１の大きさや有効塗布領域Ｔの広さなどによって塗布回転数は当然変化するものであり、直線方向に移動する超音波スプレーノズル７と回転するウエーハ基板１との間において、塗布領域を２分割し、それぞれで塗布方法を変えることによって両者の相対移動速度を一定にして均一な感光液塗布を１度塗り或いは必要に応じて行われる２度以上のｎ度塗りで完了させようとするものである。尚、ｎ度塗りの場合は、点Ｑで塗布を終了し、ホームポジションＰｏに戻って噴霧塗布を再開することになるが、点Ｑで逆回転して噴霧塗布を継続するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１…ウエーハ基板
３…マイカヒータ
４…ウエーハ搭載部(スピンチャック)
５…温度計測部
６…給電装置
７…超音波スプレーノズル
８…載置台
９…超音波発生装置
１０…回転軸
２０…スピンモータ
３０…アクチュエータ
Ａ…感光液塗布装置
Ｌ…感光液
Ｅ…塗布有効領域の外縁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光液を円形の塗布有効領域において噴霧しつつ、回転するウエ−ハ基板の回転中心上を通る直線移動軌跡に沿って移動する超音波スプレーノズルを用いて、ウエーハ基板上に描かれる超音波スプレーノズルの周回がずれた塗布軌跡上の隣接する塗布有効領域の外縁が互いに接するように感光液を噴霧状で塗布する感光液の塗布方法であって、
超音波スプレーノズルと回転するウエーハ基板との相対移動関係において、
スプレーノズルの移動開始時に直線移動軌跡と一致する、ウエーハ基板上の仮想の直線でウエーハ基板と共に一体となって回転するウエーハ二分割直線にてウエーハ基板を二分割し、
二分割されたウエーハ基板の一方の半円で、塗布有効領域の外縁がウエーハ基板の外縁と交差する点側の半円部分を塗布するとき、
直線移動軌跡上におけるウエーハ基板の回転中心から塗布有効領域の半径だけ離間した塗布完了点を中心とした塗布有効領域の中心点の塗布軌跡である円弧上の点を直線移動軌跡に投影した速度変化で超音波スプレーノズルを半円部分の塗布時間に相当する時間の間だけ直線移動軌跡上を加減速移動させ、且つ、この超音波スプレーノズルの加減速に合わせて超音波スプレーノズルに対するウエーハ基板の回転速度の相対移動速度が一定となるように加減速し、
ウエーハ基板の他の半円部分を塗布するとき、ウエーハ基板の回転速度を等速とすると共に超音波スプレーノズルの中心点が半円部分から半円部分に切り替わる時点から半円部分に切り替わる時点まで停止させることを特徴とする感光液の塗布方法。
【請求項２】
回転する円盤状のウエーハ基板に対し、感光液を円形の塗布有効領域にて噴霧しつつ、前記ウエーハ基板表面との高さ方向の距離を保って前記ウエーハ基板の外縁側からウエーハ基板の回転中心に向かって直線移動軌跡を描きつつ直線移動する超音波スプレーノズルを用いてウエーハ基板上に描かれる超音波スプレーノズルの周回がずれた塗布軌跡上の隣接する塗布有効領域の外縁が互いに接するように感光液を噴霧状で塗布する感光液の塗布方法であって、
スプレーノズルの移動開始時に直線移動軌跡と一致する、ウエーハ基板上の仮想の直線でウエーハ基板と共に一体となって回転するウエーハ二分割直線にてウエーハ基板を二分割し、
前記塗布有効領域の外縁と前記ウエーハ基板の外縁とが最初に交差する点側の半円を第１半円とし、残りの半円を第２半円としたとき、
（ａ）前記ウエーハ基板の回転数は下式(A1)、(A2)の通りであり、
(a-1) ウエーハ基板の回転時において、塗布有効領域の中心点が第１半円側に位置するときは、
(a-2) 塗布有効領域が第２半円側に位置するときは、
[但し、ｖは感光液の塗布速度、ｗは塗布有効領域の直径、ｎはノズル中心点の塗布軌跡上のある地点における、１／２回転を単位としたウエーハ基板の残りの回転回数、θは直線移動軌跡と、ウエーハ基板の回転中心と塗布有効領域の中心点とを結ぶ直線との、直線移動軌跡を起点とするウエーハ基板の逆回転方向における成す角度。]
（ｂ）前記超音波スプレーノズルの移動速度は下式(B1)、(B2)の通りである
(b-1) 塗布有効領域の中心点が第１半円側に位置するときは、
(b-2) 塗布有効領域の中心点が第２半円側に位置するときは、
[但し、ｖは感光液の塗布速度、ｗは塗布有効領域の直径、ｎはノズル中心点の塗布軌跡上のある地点における、１／２回転を単位としたウエーハ基板の残りの回転回数、αはウエーハ二分割直線と、点と塗布有効領域の中心点を結ぶ直線との、直線移動軌跡を起点とするウエーハ基板の逆回転方向における成す角度。]であることを特徴とする感光液の塗布方法。
【請求項３】
ホームポジションから塗布有効領域の外縁と前記ウエーハ基板の外縁とが最初に交差する時間又は地点をウエーハ基板の直径と塗布有効領域の直径から数式(4)で演算し、該間又は地点に到達する直前又は到達時に感光液噴霧を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載の感光液の塗布方法。
【請求項４】
スプレーノズル側をマイナスに、ウエーハ基板側をプラスに帯電させた状態で噴霧塗布することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の感光液の塗布方法。
【請求項１】
感光液を円形の塗布有効領域において噴霧しつつ、回転するウエ−ハ基板の回転中心上を通る直線移動軌跡に沿って移動する超音波スプレーノズルを用いて、ウエーハ基板上に描かれる超音波スプレーノズルの周回がずれた塗布軌跡上の隣接する塗布有効領域の外縁が互いに接するように感光液を噴霧状で塗布する感光液の塗布方法であって、
超音波スプレーノズルと回転するウエーハ基板との相対移動関係において、
スプレーノズルの移動開始時に直線移動軌跡と一致する、ウエーハ基板上の仮想の直線でウエーハ基板と共に一体となって回転するウエーハ二分割直線にてウエーハ基板を二分割し、
二分割されたウエーハ基板の一方の半円で、塗布有効領域の外縁がウエーハ基板の外縁と交差する点側の半円部分を塗布するとき、
直線移動軌跡上におけるウエーハ基板の回転中心から塗布有効領域の半径だけ離間した塗布完了点を中心とした塗布有効領域の中心点の塗布軌跡である円弧上の点を直線移動軌跡に投影した速度変化で超音波スプレーノズルを半円部分の塗布時間に相当する時間の間だけ直線移動軌跡上を加減速移動させ、且つ、この超音波スプレーノズルの加減速に合わせて超音波スプレーノズルに対するウエーハ基板の回転速度の相対移動速度が一定となるように加減速し、
ウエーハ基板の他の半円部分を塗布するとき、ウエーハ基板の回転速度を等速とすると共に超音波スプレーノズルの中心点が半円部分から半円部分に切り替わる時点から半円部分に切り替わる時点まで停止させることを特徴とする感光液の塗布方法。
【請求項２】
回転する円盤状のウエーハ基板に対し、感光液を円形の塗布有効領域にて噴霧しつつ、前記ウエーハ基板表面との高さ方向の距離を保って前記ウエーハ基板の外縁側からウエーハ基板の回転中心に向かって直線移動軌跡を描きつつ直線移動する超音波スプレーノズルを用いてウエーハ基板上に描かれる超音波スプレーノズルの周回がずれた塗布軌跡上の隣接する塗布有効領域の外縁が互いに接するように感光液を噴霧状で塗布する感光液の塗布方法であって、
スプレーノズルの移動開始時に直線移動軌跡と一致する、ウエーハ基板上の仮想の直線でウエーハ基板と共に一体となって回転するウエーハ二分割直線にてウエーハ基板を二分割し、
前記塗布有効領域の外縁と前記ウエーハ基板の外縁とが最初に交差する点側の半円を第１半円とし、残りの半円を第２半円としたとき、
（ａ）前記ウエーハ基板の回転数は下式(A1)、(A2)の通りであり、
(a-1) ウエーハ基板の回転時において、塗布有効領域の中心点が第１半円側に位置するときは、
(a-2) 塗布有効領域が第２半円側に位置するときは、
[但し、ｖは感光液の塗布速度、ｗは塗布有効領域の直径、ｎはノズル中心点の塗布軌跡上のある地点における、１／２回転を単位としたウエーハ基板の残りの回転回数、θは直線移動軌跡と、ウエーハ基板の回転中心と塗布有効領域の中心点とを結ぶ直線との、直線移動軌跡を起点とするウエーハ基板の逆回転方向における成す角度。]
（ｂ）前記超音波スプレーノズルの移動速度は下式(B1)、(B2)の通りである
(b-1) 塗布有効領域の中心点が第１半円側に位置するときは、
(b-2) 塗布有効領域の中心点が第２半円側に位置するときは、
[但し、ｖは感光液の塗布速度、ｗは塗布有効領域の直径、ｎはノズル中心点の塗布軌跡上のある地点における、１／２回転を単位としたウエーハ基板の残りの回転回数、αはウエーハ二分割直線と、点と塗布有効領域の中心点を結ぶ直線との、直線移動軌跡を起点とするウエーハ基板の逆回転方向における成す角度。]であることを特徴とする感光液の塗布方法。
【請求項３】
ホームポジションから塗布有効領域の外縁と前記ウエーハ基板の外縁とが最初に交差する時間又は地点をウエーハ基板の直径と塗布有効領域の直径から数式(4)で演算し、該間又は地点に到達する直前又は到達時に感光液噴霧を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載の感光液の塗布方法。
【請求項４】
スプレーノズル側をマイナスに、ウエーハ基板側をプラスに帯電させた状態で噴霧塗布することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の感光液の塗布方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１９２６１９（Ｐ２０１０−１９２６１９Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３４４６５（Ｐ２００９−３４４６５）
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【出願人】（５９１１５３８１３）エム・セテック株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【出願人】（５９１１５３８１３）エム・セテック株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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