CN1201375C - 液态膜干燥方法及液态膜干燥装置 - Google Patents

Abstract

公开了液态膜干燥方法及干燥装置。所述干燥方法包括以下工序：使具有贯通孔204的整流板200以不接触液态膜的距离靠近该被处理基板上方的工序，使整流板200旋转从而使被处理基板101的上方与整流板200的下表面之间产生气流的工序，使含有溶质的液态膜与气流接触、将液态膜中的溶剂除去，在被处理基板101上形成由前述溶质构成的固相膜的工序。使用该液态膜干燥方法，可获得良好的膜厚均匀性，同时对处理时间进行控制以提高生产率。

Description

液态膜干燥方法及液态膜干燥装置

技术领域

本发明涉及在半导体、液晶器件制造技术中的用于涂膜制造方法中的液态膜干燥方法及液态膜干燥装置。

背景技术

迄今为止，在被处理基板上形成保护膜等含有溶剂的液态膜之后，在该液态膜的干燥工艺中，一直采用简单的在热板上对被处理基板加热的烘烤法，以及在连接到真空泵的腔室内进行减压处理的减压干燥法。

但是，在烘烤法中，由于溶剂的挥发对温度非常敏感，所以产生膜厚的起伏，存在着所形成的膜厚的均匀性不好的问题。

此外，在使用真空泵的减压干燥法中，在接近溶剂的饱和蒸汽压时，要花费很长时间除去溶剂，造成生产率下降的问题。此外，这种生产率受溶剂的物理性质和滴下量的影响，不能控制处理时间。

发明内容

如上所述，在使用热板采用烘烤法干燥液态膜的工艺中，存在着膜厚不均匀的问题。此外，在减压干燥法中，存在着不能对处理时间进行控制造成生产率下降的问题。

本发明的目的是提供一种在液态膜干燥工艺中，在获得良好的膜厚的均匀性的同时还能够对处理时间进行控制从而提高生产率的液态膜干燥方法及液态膜干燥装置。

为达到上述目的，本发明采用以下的结构。

(1)本发明(权利要求1)的特征为，在除去形成于被处理基板上的含有溶质的液态膜中的溶剂的液态膜干燥方法中，包括以下工序：使具有一个以上的贯通孔的整流板以不与前述液态膜接触的距离靠近该被处理基板的上方的工序，使前述整流板旋转、在该被处理基板的上方与该整流板下表面之间产生气流的工序，使液态膜与前述气流接触除去前述液态膜中的溶剂、由前述溶质在前述被处理基板上形成固相膜的工序。

本发明优选形式如下所述。

(a)向前述被处理基板与前述整流板下表面之间导入气流，利用使前述整流板的旋转、在前述被处理基板与前述整流板下表面之间产生的压力差进行。

(b)使前述被处理基板与前述整流板下表面之间产生的气流的方向随时间变化。使前述被处理基板与前述整流板下表面之间的压力与前述整流板上表面的压力之差变化，使前述被处理基板与前述整流板下表面之间产生的气流的方向随时间变化。

(c)使前述整流板的中心轴与前述被处理基板的中心不同。使前述的不同的量随时间改变。使前述被处理基板向与前述整流板的旋转方向相反的方向旋转。

(2)本发明(权利要求8)的特征为，在除去形成于被处理基板上的含有溶质的液态膜中的溶剂的液态膜干燥方法中，包括以下工序：使整流板以不接触前述液态膜的距离靠近该被处理基板的正上方的工序，将前述整流板与前述被处理基板之间及周围维持在减压状态的工序，使前述整流板旋转、在前述被处理基板上方与该整流板下表面之间产生气流的工序，使前述液态膜接触前述气流、除去液态膜中的溶剂、在前述被处理基板上由前述溶质形成固相膜的工序。

(3)根据本发明(权利要求9)的液态膜的干燥装置，其特征为，它具有以下部分：与表面上形成含有溶剂的液态膜的被处理基板对向配置的、具有一个以上的贯通孔的整流板，使该整流板旋转的旋转驱动部，与前述被处理基板的反向侧的前述整流板的贯通孔的开口部侧对向配置的气流控制板，使前述整流板与前述被处理基板的距离以及前述整流板与前述气流控制板的距离相对变化的上下方向驱动部。

(4)本发明(权利要求10)的特征为，它具备有：与表面上形成含有溶剂的液态膜的被处理基板对向配置的，具有一个以上贯通孔的整流板，使该整流板旋转的旋转驱动部，以及向前述贯通孔供应气流的外部气流发生器。以上两个发明的优选形式如下所述。

(a)进一步具有将前述被处理基板和整流板容纳在内部的减压腔室以及连接到前述减压腔室上的、对该减压腔室内部进行排气的真空泵。

(b)在前述整流板上具有多个贯通孔，其配置方式为：在旋转时各贯通孔随时间以几乎相同的比例通过被处理基板上的任意部分。

本发明通过上述结构具有以下的作用和效果。

通过在被处理基板的上方高速旋转整流板，在基板上产生均匀的气流的流动，可以迅速地制成均匀的涂膜。另外，通过适当设定整流板的转数以及被处理基板与整流板之间的距离，不受溶剂的物理性质及滴下量的左右，可进行处理时间的控制，能够提高生产率。

通过把整流板旋转时所产生的整流板与基板之间的减压状态作为驱动力导入气流，可提高干燥工艺的效率。

通过使气流的方向随时间变化，可以抑制沿气流的流动方向的膜厚分布的梯度，可形成更均匀的膜。

通过使整流板的中心轴与被处理基板的中心轴偏置，可以防止奇异点，提高膜厚的均匀性。另外，通过使偏置量随时间变化，可进一步提高膜厚的均匀性。此外，通过使被处理基板也进行转动，可提高干燥效率。

将前述整流板与前述被处理基板之间以及其周围维持在减压状态，防止前述整流板旋转时在前述被处理基板上与该整流板下表面之间产生气流的工序以及伴随着在饱和蒸汽压下溶剂的急剧挥发产生紊流，可获得均匀的涂膜的厚度分布。

通过使具有一个以上的贯通孔的整流板在被处理基板上旋转，使被处理基板与整流板之间成为减压状态。从该贯通孔导入气流，可使被处理基板上的液态膜干燥。通过使前述整流板与前述被处理基板的距离以及前述整流板与前述气流控制板的距离相对地变化，可使前述整流板与前述被处理基板之间的压力和前述气流控制板与前述被处理基板之间的压力具有差值，可根据该压力差改变气流的方向。

通过用外部气流发生器向设在整流板上的贯通孔供应气流，可有效地使被处理基板上的液态膜干燥。

通过在旋转时各贯通孔随着时间以几乎相同的比例通过被处理基板上的任意部分的方式配置多个贯通孔，使气流均匀地接触被处理基板，可形成均匀的膜。

附图说明

图1说明根据第一种实施形式的液态膜的形成方法。

图2表示根据第一种实施形式的液态膜干燥装置的简略结构。

图3用于说明采用图2所示的液态膜干燥装置的干燥方法。

图4用于说明采用图2所示的液态膜干燥装置的干燥方法。

图5用于说明采用图2所示的液态膜干燥装置的干燥方法。

图6表示根据第二种实施形式的液态膜干燥装置的简略结构。

图7用于说明采用图6所示的液态膜干燥装置的干燥方法。

图8表示根据第三种实施形式的液态膜干燥装置的简略结构。

图9说明现有的减压干燥方法中所存在的问题。

图10用于说明采用图8所示的液态膜干燥装置的干燥方法。

图11表示根据第三种实施形式的液态膜干燥装置的变形例的简略结构。

图12用于说明根据第四种实施形式的干燥方法。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的实施形式。

[第一种实施形式]

在说明本发明的干燥装置及方法之前，首先用图1说明液态膜1的形成。图1用于说明本发明的第一种实施形式的液态膜(保护膜)的形成方法。

如图1所示，在使药液排出喷嘴110于被处理基板101上沿y方向以1m/ses的速度往复运动的同时，依次沿x方向移动被处理基板，使药液以线状(一笔画状)的形式滴下，通过在直径200mm的被处理基板的整个面上滴下药液，在被处理基板101的整个面上形成含有抗蚀剂(resist)A(溶质)的液态膜102。

其次，利用使具有旋转机构的整流板旋转所产生的气流对液态膜的溶剂进行干燥。图2表示液态膜干燥装置的概略结构。

如图2所示，整流板200由相对于被处理基板对向配置的直径为250mm的第一圆盘201以及经过旋转驱动部203配置的直径250mm的第二圆盘202构成，在第一圆盘201、旋转驱动部203、第二圆盘202的中央部分贯通直径20mm的气流导入口204。与第二圆盘202对向、间隔开配置具有向Z方向的驱动部的与被处理基板101相同直径的气流导流控制板205。

下面，说明利用这种液态膜干燥装置的干燥方法。

首先，如图3所示，在形成液态膜102的被处理基板101上方以20mm的间隙配置整流板200。其次，将气流导流控制板205与整流板200的距离设定为大于被处理基板101与整流板200的距离(20mm)的30mm。在这种配置状态下，将整流板200以3000rpm旋转5秒钟。

这时，当比较被处理基板与整流板之间以及整流板与气流导流控制板之间所产生的减压状态时，被处理基板与整流板之间的减压程度大。从而，以该减压差作为驱动力，从气流导入口204的第二圆盘202侧的开口部位吸气，从第一圆盘201侧的开口部位排气，在整流板200的气流导入口204内，形成向下的气流。借此，在被处理基板与第一圆盘之间，形成从中心流向外周部的气流。在被处理基板与第二圆盘之间流过气流的同时，被处理基板101上的液态膜102，从基板的中心部向周边部将溶剂干燥。

接着，如图4所示，将气流导流控制板205与整流板200之间的距离设定为小于被处理基板与整流板之间的距离(20mm)，为10mm，在这种状态以3000rpm使整流板200旋转5秒钟。

这时，当和前面一样进行被处理基板与整流板之间以及整流板与气流导流控制板之间所产生的减压状态的比较时，整流板与气流导流控制板之间的减压程度大。从而，以该减压差作为驱动力，从气流导入口204的第一圆盘201侧的开口部吸气，从第二圆盘202侧的开口部排气，整流板200的气流导入口204内的气流向上流动。在被处理基板与第一圆盘之间，形成从外周流向中心的气流。被处理基板101上的液态膜102，随着被处理基板与第一圆盘之间的气流的流动，从外周向中心干燥溶剂。

通过将上述工序交互反复进行六次，在总共60秒钟的时间内使液态膜102中的溶剂干燥。最后，使整流板200的下表面脱离被处理基板101的表面，最后相对于整个基板面以300nm的厚度均匀地形成不随气流方向偏离的抗蚀剂A的涂膜(固相膜)。

在本实施形式中，如图5所示，改变整流板200与气流导流控制板205的距离，交互反向地改变液态膜102上气流的流动，获得不沿气流方向偏离的均匀膜厚分布。

另外，通过适当地设定整流板的转数及被处理基板与整流板的距离，可以进行不受溶剂的物理性质及滴下量的影响的处理时间的控制，可提高生产率。

此外，在根据本实施形式的液态膜的干燥方法中，整流板与被处理基板以及整流板与气流导流控制板的距离与时间的相对关系并不局限于本实施形式所述的关系。另外，整流板的转数也不限于3000rpm。可根据使用的药液对它们适当地设定。

另外，在本实施形式中，整流板与被处理基板的距离，整流板与气流导流控制板的距离的大小关系，通过移动气流导流控制板来实现，但也可以将被处理基板与气流导流控制板固定、相对地移动整流板来实现。

此外，作为液态膜的制造方法，除本实施形式的扫描涂布法之外，也可采用从中心向周边部(或者与此相反)以螺旋状滴下药液的螺旋涂布法，也可采用其它制造液态膜的方法。

[第二种实施形式]

首先，和第一种实施形式一样，在整个被处理基板面上形成抗蚀剂A的液态膜。

其次，用具有图6所示的旋转机构的整流板进行液态膜的溶剂的干燥。

如图6(a)，(b)所示，整流板601为与被处理基板101对向配置的直径250mm的圆盘。在整流板601上形成φ5mm的孔603，这些孔与半径成比例地以间隔逐渐变宽的螺距并列地形成螺旋状。在与整流板601的被处理基板101侧对向侧的面上，在大气压以上例如1.5kg/cm²连接可以控制一定压力的气流供应器603。

之所以在整流板601上以相对于半径成比例的以间隔变宽的螺距以螺旋状的方式配置贯通孔，是为了在整流板601旋转时，圆盘的孔603在被处理基板101的表面上单位时间内不管在什么半径位置上均通过相同数目的贯通孔。在本实施形式的情况下，例如，当基板的最外周(r＝100mm)处直径5mm的孔的螺距为30mm时，在下面各半径r处的孔的螺距Pr由公式Pr＝30×(r/100)表示。

下面，对采用图6所示的干燥装置的干燥工艺进行说明。

如图7所示，将整流板601配置在液态膜102上方10mm的距离处，以2000rpm向图的方向(与螺旋的卷绕方向相反的方向)旋转进行60秒的处理，进行液态膜的干燥。然后，使整流板601离开被处理基板101的表面，最后形成300nm厚的抗蚀剂B的涂膜。

在本实施形式中，被处理基板101上的液态膜102总是与从整流板601的螺旋状的孔603垂直排出的气流均匀地接触，通过这些气流沿螺旋方向向基板外周方向顺滑地排出进行液态膜的干燥。利用上述工艺，可获得极为均匀的平坦的膜厚分布。

在本实施形式中，通过在整流板的上部设置气流供应器，并将其压力设定在大气压以上，可增大气流排出速度，高效地进行干燥，但也可根据情况不设气流供应器，仅利用由整流板的旋转产生的基板面与整流板下表面之间的减压程度作为驱动力产生气流。此外，所设定的整流板的贯通孔的数目、孔径、螺距以及转数、间隙可根据所使用的药液进行适当的调整。

此外，作为液态膜的制作方法，除了本实施形式所述的扫描涂布法之外，也可采用从中心部向周边部(或与之相反)以螺旋状的方式滴下药液的螺旋涂布法，也可采用其它的液态膜的制作方法。

[第三种实施形式]

使极细的喷嘴在被处理基板上沿y方向以1m/sec的速度往复运动的同时，沿x方向依次移动被处理基板，以线状(一笔画状)的方式滴下药液，通过在整个基板(φ200mm)上滴下药液，在被处理基板的整个表面上形成抗蚀剂A的液态膜。

然后，用图8所示的干燥装置进行液态膜的干燥。图8表示根据本发明的第三种实施形式的干燥装置的简略结构。

如图8所示，被处理基板101与设置在腔室802内的旋转整流板(圆盘)801对向地设置。腔室802连接真空泵803，可降低腔室内的气压。

下面对使用图8所示的干燥装置的干燥工序进行说明。

首先，设定被处理基板101与整流板801的距离为5mm，用真空泵803以一定的速度(-15Torr/sec.)对腔室802内的压力进行减压。其次，在腔室802内的压力达到作为溶剂饱和蒸汽压的大约2Torr的阶段，以2000rpm的转数使整流板旋转并保持30秒钟进行溶剂的干燥。

然后，使整流板801脱离被处理基板101的表面，从腔室802中取出，最后在被处理基板101上形成厚度300nm的抗蚀剂C的涂膜。

在现有技术的减压干燥法中，如图9所示，在溶剂的饱和蒸汽压状态下，挥发的溶剂形成紊流，从而造成在液态膜102的表面所形成的膜厚不均匀的问题。

在本实施形式中，如图10所示，通过以层流状态将溶剂气氛排出到基板的周边部，可防止在饱和蒸汽压时溶剂的挥发变成紊流状态，减少由紊流所产生的不均匀，获得均匀的膜厚分布。

在本实施形式中，采用没有开口部的整流板，但并不限于此，也可以采用在第二种实施形式中所使用的开口具有多个孔的开口整流板。此外，在本实施形式中，腔室除与真空泵连接的部分之外为密闭结构，但在整流板上设置开口部的情况下，也可以在腔室上部设置如图11所示的气流供应器，一面向腔室内供应气流一面进行处理。另外，整流板与基板的距离，转数，真空度也可根据所使用的药液适当改变。最后，作为液态膜的制造方法，除本实施形式的扫描涂布法之外，也可采用从中心部向周边部(或者相反)以螺旋状滴下药液的螺旋涂布法，也可以采用除此之外的其它液态膜制造方法。

[第四种实施形式]

图12是表示根据本发明的第四种实施形式的干燥装置的简略结构的图示。在图12中，与图2相同的部位使用相同的标号，并省略对它的说明。

首先，以使形成抗蚀剂液态膜的被处理基板的中心轴与整流板中心轴重合的方式以20mm的距离靠近整流板，并以3000rpm开始旋转。与此同时，也使被处理基板沿着与整流板的旋转方向相反的方向以30rpm开始旋转。然后，同时使整流板的中心轴向被处理基板的外周部以10mm/s的速度移动。在整流板的中心轴到达被处理基板的外周部的同时，使整流板的中心向被处理基板的中止轴侧以10mm/s的速度移动。通过三次反复这种往复扫描运动，总共用60秒钟进行溶剂的干燥处理，形成膜厚300nm的抗蚀剂膜。

在本实施形式中，和第一种实施形式不同，气流的流动总是向下，但是，通过使整流板与被处理基板相对运动在基板的整个表面上均匀地使溶剂干燥。

通过使整流板中心轴与被处理基板的中心轴偏置，可防止奇异点，提高膜厚的均匀性。另外，使偏置量随时间变化可进一步提高膜厚的均匀性。此外，使被处理基板也进行旋转，可提高干燥效率。

在根据本实施形式的液态膜干燥方法中，使整流板侧移动，但也可以使被处理基板侧移动，也可以使整流板和被处理基板两者都移动。此外，整流板的转数、距离也不局限于300rpm、20mm，可根据所使用的药液适当设定。同时，根据情况，也可以不改变偏置量，使偏置量固定不变。作为液态膜的制造方法，除本实施形式中的扫描涂布法之外，也可以采用从中心部向周边部(或者相反)以螺旋状的方式滴下药液的螺旋涂布法，也可采用除此之外的其它液态膜的制造方法。

此外，本发明不限于上述实施形式。例如，只要不违背本发明的主旨，在液态膜本身不会被抛到基板之外的范围内，整流板的转数可以在500～4000rpm的范围内，基板与整流板的距离可以在5～30mm的范围内。

此外，本发明在不超出其主旨的范围内，可以进行种种变形加以实施。

发明的效果

根据以上说明所述的本发明，通过使整流板在被处理基板上高速旋转，在基板上产生均匀的气流的流动，可以均匀地进行干燥，能够迅速地制成均匀的涂膜。

Claims (12)

1、液态膜干燥方法，其特征为，包括以下工序：

使具有一个以上的贯通孔的整流板以不接触形成于被处理基板上的含有溶质的液态膜的距离靠近该被处理基板上方的工序，

使前述整流板旋转，使该被处理基板上方与该整流板的下表面之间产生气流的工序，

使液态膜与前述气流接触除去前述液态膜中的溶剂，在前述被处理基板上形成由前述溶质构成的固相膜的工序。

2、如权利要求1所述的液态膜干燥方法，其中，

利用前述整流板旋转造成的前述被处理基板与前述整流板下表面之间产生的压力与前述整流板上表面产生的压力之间的压力差，向前述被处理基板与前述整流板下表面之间导入气流。

3、如权利要求1所述的液态膜干燥方法，其特征为，使前述被处理基板上方与前述整流板的下表面之间产生的气流的方向随时间变化。

4、如权利要求3所述的液态膜干燥方法，其特征为，

使前述被处理基板与前述整流板下表面之间的压力和前述整流板上表面处的压力之差变化，

使前述被处理基板的上方与前述整流板下表面之间产生的气流方向随时间发生变化。

5、如权利要求1所述的液态膜干燥方法，其特征为，使前述整流板的中心轴与前述被处理基板的中心偏置。

6、如权利要求5所述的液态膜干燥方法，其特征为，使前述的偏置量随时间变化。

7、如权利要求5所述的液态膜干燥方法，其特征为，使前述被处理基板向与前述整流板的旋转方向相反的方向旋转。

8、液态膜的干燥方法，其特征为包括以下工序：

使整流板以不接触形成于被处理基板上的含有溶质的液态膜的距离靠近该被处理基板正上方的工序，

将前述整流板与前述被处理基板之间以及前述被处理基板周围保持在减压状态的工序，

使前述整流板旋转，在前述被处理基板上方与该整流板的下表面之间产生气流的工序，

使前述液态膜与前述气流接触除去液态膜中的溶剂，在前述被处理基板上形成由前述溶质构成的固相膜的工序。

9、液态膜干燥装置，其特征在于具备有以下部件：

在表面上形成了含有溶剂的液态膜的被处理基板上方相对配置的、具有一个以上的气流导入孔的整流板，

使该整流板旋转的旋转驱动部，

在前述整流板与前述被处理基板相反的一侧、且在前述整流板的前述气流导入孔的开口部上方配置的气流控制板，

使前述整流板与前述被处理基板的距离以及前述整流板与前述气流控制板的距离相对变化的上下方向驱动部。

10、液态膜干燥装置，其特征在于具备以下部件：

在表面上形成了含有溶剂的液态膜的被处理基板上方相对配置的具有一个以上气流导入孔的整流板，

使该整流板旋转的旋转驱动部，

向前述气流导入孔供应气流的外部气流发生器。

11、液态膜干燥装置，其特征在于具有以下部件：

在表面上形成了含有溶剂的液态膜的被处理基板的上方相对配置的、具有一个以上气流导入孔的整流板，

对前述气流导入孔供给气流的外部气流发生器，

使前述整流板旋转的旋转驱动部，

将前述被处理基板、前述整流板以及前述旋转驱动部容纳于其内的减压腔室，

与前述减压腔室连接、对该减压腔室内部进行排气的真空泵。

12、液态膜干燥装置，其特征在于，具有以下部件：在表面上形成了含有溶剂的液态膜的被处理基板的上方相对配置的、具有多个气流导入孔的整流板，

对前述气流导入孔供给气流的外部气流发生器，

使前述整流板旋转的旋转驱动部，

前述整流板的多个气流导入孔以在旋转时随着时间以相同的比例通过被处理基板上的任意部分的方式配置。

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