JP2002343697A - Method and device for heating polymer material layer - Google Patents

Method and device for heating polymer material layer

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JP2002343697A
JP2002343697A JP2001141764A JP2001141764A JP2002343697A JP 2002343697 A JP2002343697 A JP 2002343697A JP 2001141764 A JP2001141764 A JP 2001141764A JP 2001141764 A JP2001141764 A JP 2001141764A JP 2002343697 A JP2002343697 A JP 2002343697A
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To cure a pattern of a thick polymer material layer formed on a substrate. SOLUTION: A substrate holder 4 is disposed in a vacuum chamber 2. The substrate holder 4 holds a transparent glass substrate 6, on which a polymer material layer pattern is formed on its surface side at the periphery thereof, so that the polymer material layer pattern faces upward. A far-infrared radiation heater 22, that irradiates far-infrared radiation is disposed on top of the vacuum chamber 2, and a far-infrared radiation heater 22, that irradiates far-infrared radiation and a far-infrared radiation lamp 24 that irradiates far-infrared radiation, are disposed under the vacuum chamber 2. Light from these lamps 22, 24 is made incident via incident windows on the upper surface and the lower surface of the vacuum chamber 2, to have the polymer material layer cured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に形成され
た高分子材料層をベーキング又は硬化させるために加熱
する方法とそれに使用する装置に関するものである。ベ
ーキングとは溶剤を蒸発・除去すること、硬化は架橋し
て硬化させることをいう。対象となる高分子材料層の一
例として、3次元構造の表面形状をもつ物品を製造する
方法において使用される感光性材料(以下、レジストと
いう)層、及びそのパターン化されたものを挙げること
ができる。そのレジストパターンは、目的の表面形状に
応じて基板上に3次元構造のものとして形成されたもの
であり、そのレジストパターンをその基板に彫り写すこ
とにより物品に目的とする3次元構造の表面形状を形成
するものである。対象となる高分子材料層として、レジ
スト層以外に、インク、接着剤、塗料、表面処理被膜等
を挙げることができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for heating a polymer layer formed on a substrate for baking or curing, and an apparatus used for the method. Baking refers to evaporating and removing a solvent, and curing refers to crosslinking and curing. As an example of the target polymer material layer, a photosensitive material (hereinafter, referred to as a resist) layer used in a method of manufacturing an article having a three-dimensional structure surface shape, and a patterned layer thereof may be mentioned. it can. The resist pattern is formed on the substrate in a three-dimensional structure according to the desired surface shape, and the resist pattern is engraved on the substrate to form the desired three-dimensional structure on the article. Is formed. In addition to the resist layer, ink, adhesives, paints, surface treatment films, and the like can be given as the target polymer material layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置を製造するプロセスでは、レ
ジストパターンをマスクにしてその下地の絶縁膜や導電
膜をエッチングしてパターン化しているが、そこで使用
されているレジスト層の厚さは、0.2〜0.5μm程度
である。そのプロセスでは、レジスト層の厚さが薄いた
め、ベーキング時の蒸発ムラや表面硬化層の発生は問題
とならなかった。このため、オーブンベークやホットプ
レートベークで十分であった。そして、表面硬化層を形
成する方法としてUV(紫外線)、DUV(遠紫外線)
ハードニング装置が提案されている。また、レジストは
鍍金の分野でも使用されるが、鍍金用のレジストであっ
ても5μm程度が最大厚さである。そこでは、鍍金の際
のブロック層として使用されるので、レジスト層に求め
られる特性としては所望の鍍金厚さが得られる程度の厚
さであれば良く、レジスト層内部の均質性や表面硬化層
の状態は問題ではなかった。
2. Description of the Related Art In a process of manufacturing a semiconductor device, a resist pattern is used as a mask to etch an underlying insulating film or conductive film to form a pattern. It is about 0.2 to 0.5 μm. In the process, since the thickness of the resist layer was small, there was no problem of uneven evaporation during baking or occurrence of a hardened surface layer. For this reason, oven baking and hot plate baking were sufficient. Then, as a method of forming the surface hardened layer, UV (ultraviolet), DUV (far ultraviolet)
Hardening devices have been proposed. Although the resist is used in the field of plating, the maximum thickness of the resist for plating is about 5 μm. Here, since it is used as a block layer at the time of plating, the properties required for the resist layer may be any thickness as long as a desired plating thickness can be obtained. The condition was not a problem.

【0003】つまり、従来のベーク方法はオーブンやホ
ットプレートによるベークが主流であり、厚膜レジスト
をベークする必要がなかった。従って、従来技術を持っ
て厚いレジスト層の溶剤成分を均質に蒸発除去するに
は、ゆっくりした速度でベーキングを行なえばよいが、
かなり時間がかかり生産性が悪くなる。また、溶剤成分
の蒸発は当然表面から生じるため、表面硬化層の生成が
避けられず、一度表面硬化層が生成すると内部溶剤の蒸
発を妨げる(壁の)働きをすることになり、プロセスの
妨害要因であった。
That is, in the conventional baking method, baking using an oven or a hot plate is mainly used, and there is no need to bake a thick film resist. Therefore, in order to uniformly evaporate and remove the solvent component of the thick resist layer using the conventional technique, baking may be performed at a slow speed,
It takes a considerable amount of time and the productivity is reduced. In addition, since the evaporation of the solvent component naturally occurs from the surface, the formation of a hardened surface layer is unavoidable. Once the hardened surface layer is formed, it acts as a barrier (e.g., a wall) for preventing the internal solvent from evaporating, thereby hindering the process. Was a factor.

【0004】光学素子の屈折面や反射面に、球面や非球
面等に代表される特殊な面形状が使用されるようになっ
てきている。また近年は液晶表示素子や液晶プロジェク
ター等に関連して、マイクロレンズ等にも特殊な面形状
が求められている。
[0004] A special surface shape represented by a spherical surface or an aspherical surface has been used for a refracting surface or a reflecting surface of an optical element. In recent years, a special surface shape has been required for a microlens and the like in connection with a liquid crystal display element and a liquid crystal projector.

【0005】そこで屈折面や反射面を型成形や研磨によ
らずに形成する方法として、レジストパターンを形成
し、それを基板に転写する方法が提案されている(特開
平7−230159号公報、特表平8−504515号
公報を参照)。その方法では、光学基板の表面にフォト
レジスト(レジストの代表例)の層を形成し、このフォ
トレジスト層に対して2次元的な透過率分布を有する露
光用マスクを介して露光し、フォトレジストの現像によ
りフォトレジストの表面形状として凸面形状もしくは凹
面形状を得、しかる後にフォトレジストと光学基板とに
対して異方性エッチングを行ない、フォトレジストの表
面形状を光学基板に彫り写して転写することにより光学
基板の表面に所望の3次元構造の屈折面や反射面の形状
を得る。
Therefore, as a method of forming the refraction surface and the reflection surface without using molding or polishing, a method of forming a resist pattern and transferring the resist pattern to a substrate has been proposed (JP-A-7-230159; See Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-504515). According to the method, a layer of a photoresist (a typical example of a resist) is formed on the surface of an optical substrate, and the photoresist layer is exposed through an exposure mask having a two-dimensional transmittance distribution. To obtain a convex shape or a concave shape as the surface shape of the photoresist by the development of the photoresist, then anisotropically etching the photoresist and the optical substrate, engraving and transferring the photoresist surface shape to the optical substrate. As a result, a desired three-dimensional structure of a refraction surface and a reflection surface is obtained on the surface of the optical substrate.

【0006】フォトレジストの表面形状を光学基板に彫
り写して転写する際、異方性エッチングによってフォト
レジストと光学基板がともにエッチングされていく。フ
ォトレジストの表面形状を光学基板に転写するために
は、光学基板のエッチング速度とフォトレジストのエッ
チング速度に関して適当な選択比が必要になる。通常
は、光学基板に対してフォトレジストのエッチング速度
が大きいため、フォトレジストの耐エッチング性を高め
ることが必要になる。
When the surface shape of the photoresist is engraved on the optical substrate and transferred, the photoresist and the optical substrate are both etched by anisotropic etching. In order to transfer the surface shape of the photoresist to the optical substrate, an appropriate selection ratio is required between the etching rate of the optical substrate and the etching rate of the photoresist. Usually, since the etching rate of the photoresist with respect to the optical substrate is high, it is necessary to enhance the etching resistance of the photoresist.

【0007】また、異方性エッチングとしてRIE(反
応性イオンエッチング)やICP(誘導結合型プラズ
マ)ドライエッチングを使用すると、フォトレジストと
プラズマとの表面反応やプラズマ中のイオンの衝突によ
る反応によってフォトレジストが加熱される。そのた
め、もしフォトレジストの耐熱性が十分でない場合に
は、フォトレジストがフローし、フォトレジストパター
ンの形状が損なわれる。そのため、フォトレジストの耐
熱性を高めることも必要になる。
Further, when RIE (reactive ion etching) or ICP (inductively coupled plasma) dry etching is used as anisotropic etching, the photoreaction is caused by a surface reaction between the photoresist and the plasma or a reaction due to collision of ions in the plasma. The resist is heated. Therefore, if the heat resistance of the photoresist is not sufficient, the photoresist flows and the shape of the photoresist pattern is damaged. Therefore, it is necessary to increase the heat resistance of the photoresist.

【0008】最近開発された高集積化、微細化に伴なう
高分解能ポジ型レジストは、ネガ型よりも耐熱性が低
い。また、最近開発されたg線(436nm)用レジス
トやi線(365nm)用レジストは耐熱温度が低い。
また、3次元表面を形成するプロセスでは、レジスト材
料について求められる特性として、耐熱性以外に耐プラ
ズマエッチング性がある。耐熱性と耐プラズマエッチン
グ性を高める方法として、ポストベークにおいて段階的
に温度を上げる方法があるが、十分な耐熱性、耐プラズ
マエッチング性が得られない。特に、レジストの厚さが
厚くなる程、溶媒成分の蒸発・除去が難しくなり、十分
な耐熱性、耐プラズマエッチング性が得られないし、加
熱プロセス中における形状変形良が大きくなる。
High-resolution positive resists recently developed with high integration and miniaturization have lower heat resistance than negative resists. In addition, recently developed resists for g-line (436 nm) and i-line (365 nm) have low heat-resistant temperatures.
In the process of forming a three-dimensional surface, the resist material requires plasma etching resistance in addition to heat resistance. As a method of improving heat resistance and plasma etching resistance, there is a method of increasing the temperature stepwise in post-baking, but sufficient heat resistance and plasma etching resistance cannot be obtained. In particular, as the thickness of the resist becomes larger, it becomes more difficult to evaporate and remove the solvent component, sufficient heat resistance and plasma etching resistance cannot be obtained, and the shape deformation during the heating process becomes large.

【0009】半導体プロセスでは、フォトレジストのU
V硬化プロセスが使用されている。UV硬化プロセスと
しては、表面側にフォトレジストが塗布された半導体ウ
エハを、減圧下で、ヒーター内蔵のウエハ処理台に載せ
てウエハの裏面側から加熱しながら、ウエハの表面側か
らフォトレジストに紫外線を照射することが行なわれて
いる(特許第2798792号公報参照)。
In the semiconductor process, the photoresist U
A V curing process has been used. In the UV curing process, a semiconductor wafer coated with a photoresist on the front side is placed on a wafer processing table with a built-in heater under reduced pressure, and heated from the back side of the wafer. (See Japanese Patent No. 2798792).

【0010】UV硬化で使用される紫外線の波長は、3
00nmよりも短い光照射が主流である。これは、ノボ
ラック樹脂と感光材が複合し架橋反応を起こすことでレ
ジストの耐熱性が向上すると考えられているからであ
る。
[0010] The wavelength of the ultraviolet light used in UV curing is 3
Light irradiation shorter than 00 nm is mainly used. This is because it is considered that the novolak resin and the photosensitive material are combined to cause a crosslinking reaction, thereby improving the heat resistance of the resist.

【0011】UV硬化方法を膜厚が3μm以上というよ
うな厚いレジストの硬化に適用すると、その表面に(条
件にもよるが、厚さが1μm強の)硬化層が生成され
る。レジスト層が薄い場合にはこの方法は有効である
が、3μm以上の場合には表面硬化層は内部溶剤成分の
蒸発・除去を妨げるブロッカーとして働き、厚レジスト
層を均質にベーキングしようとする工程の阻害要因とな
る。
When the UV curing method is applied to the curing of a thick resist having a film thickness of 3 μm or more, a cured layer having a thickness of slightly more than 1 μm is formed on the surface (depending on conditions). When the resist layer is thin, this method is effective. However, when the resist layer is 3 μm or more, the surface hardened layer acts as a blocker to prevent evaporation and removal of the internal solvent component, and is used in a process of baking a thick resist layer uniformly. It becomes an inhibiting factor.

【0012】また一般に、厚いレジスト層を均質にベー
キングする方法は提案されていない。別の見方をすれ
ば、レジスト層を利用しこれを厚膜状態で三次元構造に
製作しようとする試みは少ない。強いていえば、マイク
ロマシニング工法において溶剤成分を含まない紫外線硬
化材料(つまりUV接着剤)を厚膜に塗付し、特殊なレ
ーザー光で硬化させる3次元構造製作方法が報告されて
いるが、この場合は本件のような溶剤成分除去の必要が
ないためベーキング工程は問題とならない。
In general, no method has been proposed for baking a thick resist layer uniformly. From another viewpoint, there are few attempts to use a resist layer to produce a three-dimensional structure in a thick film state. Speaking strongly, there is a report on a three-dimensional structure fabrication method in which a UV-curable material (that is, a UV adhesive) that does not contain a solvent component is applied to a thick film in a micromachining method and cured with a special laser beam. In this case, there is no need to remove the solvent component as in the present case, so the baking step does not pose a problem.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ホットプレートやオー
ブンによるベーク方法を厚膜レジストのベークに使用す
ると、膜厚方向において均質な溶剤成分除去ができな
い。また、ベーキングに長時間を要し、生産性が悪い。
表面に硬化層が生成し、溶剤成分の蒸発を妨げる働きを
する。溶剤成分の蒸発・除去が不均質であると、加熱
による熱変形、発泡の発生、耐プラズマ性の低下や
不均質化、表面クラックの発生、レジストの割れ、
基板からの剥離(密着不良)など多くの問題が発生す
る。
When a baking method using a hot plate or an oven is used for baking a thick film resist, it is impossible to remove a solvent component uniformly in the film thickness direction. In addition, baking requires a long time and productivity is poor.
A hardened layer is formed on the surface and functions to prevent evaporation of the solvent component. If the evaporation and removal of the solvent components are not uniform, thermal deformation due to heating, foaming, reduction in plasma resistance and inhomogeneity, generation of surface cracks, cracking of resist,
Many problems such as peeling from the substrate (poor adhesion) occur.

【0014】基板を加熱する機構において基板が大気中
にある場合は、空気の対流、伝熱(基板と加熱治具との
接触)、放射の3つの伝達方法がある。加熱治具を真空
中に配置した場合は、加熱板と基板との隙間も真空にな
るため、空気の対流による熱の伝達がなくなってしま
い、加熱板から基板への熱の伝わり方は、伝導と放射の
みになってしまう。つまり加熱板から基板へ熱が伝わり
にくくなり、加熱板表面と基板の温度差が大きくなる。
このため、加熱板設定温度を高めに設定する必要があ
る。
In the mechanism for heating the substrate, when the substrate is in the atmosphere, there are three methods of transmitting air: convection of air, heat transfer (contact between the substrate and a heating jig), and radiation. When the heating jig is placed in a vacuum, the gap between the heating plate and the substrate is also vacuumed, so that heat transfer by air convection is lost, and the way heat is transferred from the heating plate to the substrate is And radiation only. That is, heat is less likely to be transmitted from the heating plate to the substrate, and the temperature difference between the surface of the heating plate and the substrate increases.
Therefore, it is necessary to set the heating plate set temperature higher.

【0015】また、上記の従来工法のUV硬化法では、
レジストは基板裏面(フォトレジストのない面)から加
熱される。つまり、レジスト内の溶剤の蒸発に寄与する
熱エネルギーは「レジスト下部から供給される」のに対
して、溶剤の揮発を助ける真空の環境は「レジスト表
面」から作用する。また、紫外線も同様に「レジスト表
面」から照射される。上記のUV硬化プロセスは半導体
プロセスで行なわれるものであり、本発明が対象にして
いるような、厚みのある3次元構造のレジストパターン
を硬化させるプロセスにそのまま適用しようとすれば、
次のような種々の問題が生じる。
In the above-mentioned conventional UV curing method,
The resist is heated from the back of the substrate (the surface without the photoresist). That is, the thermal energy that contributes to the evaporation of the solvent in the resist is “supplied from the lower part of the resist”, whereas the vacuum environment that assists the evaporation of the solvent acts from the “resist surface”. Ultraviolet rays are similarly irradiated from the “resist surface”. The above-mentioned UV curing process is performed in a semiconductor process, and if it is intended to be directly applied to a process of curing a resist pattern having a three-dimensional structure having a large thickness, as the object of the present invention,
The following various problems occur.

【0016】レジスト内の気泡の発生と残留 ポジ型レジストは、紫外線照射時にN2ガスを放出す
る。これを完全に放出しきらない内にレジスト表面に硬
化層が形成されると、N2ガスが気泡のまま残ってしま
い、レジスト破裂の原因となる。これは、紫外線照射が
レジスト表面から行なわれて表面硬化層が形成され、N
2ガスが蒸発する経路が塞がれるためである。特に、レ
ジスト膜厚が厚くなるほどこの問題が顕著に現われる。
Generation and Residual Bubbles in Resist The positive resist emits N 2 gas when irradiated with ultraviolet rays. If a hardened layer is formed on the resist surface before it is completely released, the N 2 gas remains as bubbles, causing the resist to burst. This is because ultraviolet irradiation is performed from the resist surface to form a surface hardened layer,
This is because the path through which the two gases evaporate is blocked. In particular, this problem becomes more conspicuous as the resist film thickness increases.

【0017】本発明が対象とする方法ではレジストが
厚くなるため、光が減衰し、基板表面(レジスト下部)
まで到達しにくい。特に、紫外線照射がレジスト表面か
ら行なわれると、表面層のみが硬化し、この硬化層が3
00nm以下の波長の光を強く吸収してレジスト内部へ
の光の浸透を妨げる。この表面硬化層の形成は、有機溶
媒成分の蒸発が表面で部分的に行なわれる場合、つまり
加熱のみによっても起こる。その結果、レジスト内部の
溶剤が十分に蒸発しなかったり、耐熱性が向上しなかっ
たり、処理時間が長くなったりするという問題が生じ
る。また、レジスト内部の耐熱性が所定の温度まで達し
ない状態で、十分に加熱するために加熱板の設定温度を
高くすると、レジストパターンが変形したり、皺が発生
したりする。
In the method to which the present invention is applied, since the resist is thick, the light is attenuated and the surface of the substrate (below the resist)
Hard to reach. In particular, when ultraviolet irradiation is performed from the resist surface, only the surface layer is cured,
It strongly absorbs light having a wavelength of 00 nm or less and prevents light from penetrating into the resist. The formation of the surface hardened layer also occurs when the organic solvent component is partially evaporated on the surface, that is, only by heating. As a result, there are problems that the solvent inside the resist does not evaporate sufficiently, the heat resistance does not improve, and the processing time becomes long. If the set temperature of the heating plate is increased to sufficiently heat the resist in a state where the heat resistance inside the resist does not reach the predetermined temperature, the resist pattern may be deformed or wrinkled.

【0018】従来の方法では、基板裏面を加熱部材に
接触させて加熱するため、基板の裏面に傷が付くおそれ
がある。従来のように半導体ウエハの場合は問題がなく
ても、光学素子を形成する基板の場合には、透過特性に
影響がでてくる。それを避けるために、基板裏面と加熱
部材との間に隙間を設けると、今度は基板裏面と加熱部
材との温度差が大きくなるという問題が生じてくる。本
発明は、これらの問題を解決して基板上に形成された厚
みのある高分子材料層をベーキング又は硬化のために加
熱する方法と装置を提供することを目的とするものであ
る。
In the conventional method, since the back surface of the substrate is heated by bringing the back surface into contact with the heating member, the back surface of the substrate may be damaged. Even if there is no problem in the case of a semiconductor wafer as in the related art, the transmission characteristics are affected in the case of a substrate on which an optical element is formed. If a gap is provided between the back surface of the substrate and the heating member in order to avoid this, there arises a problem that the temperature difference between the back surface of the substrate and the heating member increases. An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a method and an apparatus for heating a thick polymer material layer formed on a substrate for baking or curing.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明では、基板表面に
形成された高分子材料層をベーキング又は硬化のため
に、前記基板及び高分子材料層に遠赤外線を照射する。
厚膜高分子材料層の加熱を遠赤外線で行なうことによ
り、高分子材料への均等な熱伝導で短時間でのベーキン
グ又は硬化を可能にするものである。ベーキングは、プ
リベーキング、ハードニング前ベーキング、ハードニン
グ後ベーキング及びポストベーキングを含む加工工程内
のあらゆるベーキングのうちの少なくとも1つを含んで
いる。基板表面に形成された高分子材料層は、パターン
化されていないものもパターン化されたものも含まれ
る。高分子材料層の一例はレジスト層であり、基板の表
面側に塗布されたそのものや、所望の形状に応じてパタ
ーニングされたものである。
According to the present invention, far-infrared rays are applied to the substrate and the polymer material layer for baking or curing the polymer material layer formed on the substrate surface.
By heating the thick polymer material layer with far infrared rays, baking or curing can be performed in a short time with uniform heat conduction to the polymer material. Baking includes at least one of any baking in a processing step including pre-baking, pre-hardening baking, post-hardening baking, and post-baking. The polymer material layer formed on the surface of the substrate includes both unpatterned and patterned ones. An example of the polymer material layer is a resist layer, which is applied to the surface side of the substrate or patterned according to a desired shape.

【0020】レジスト層の場合、所望の表面形状を形成
すべき基板材料表面上に所定の厚さにレジストを塗布し
てレジスト層を形成し、目的の表面形状に対応して予め
別途の方法で設計されたマスクを使用しレジスト層にマ
スクパターンを露光する。基板としては各種基板、例え
ば透明ガラス基板、Si基板、またはGa−As基板等
を被加工基板とすることができる。代表的な例を述べる
と、これらの基板上にレジスト層を厚膜(20〜25μ
m)で塗布し、プリベークする。所望の形状に応じてマ
スクを通してレジスト層を露光する。所望の形状とは、
半導体のようにライン/スペ−スでもよいし、三次元構
造でもよい。またマイクロマシニング用の構造部品でも
よい。次いで、現像、リンスを実施する(必要に応じ
て、露光と現像の間にPEB(ポスト・エクスポジャー
・ベーク)する)。その後、必要に応じてレジストをU
Vハードニング法により前ベーキングを行なう(前ベー
キングは除くこともある)。すなわち、表面層を硬化さ
せて耐エッチング性と耐熱性を向上させるために紫外線
照射する。更に遠赤外線による本発明のポストベークを
行なう。このポストベークでは、好ましくは先ず大気中
又は減圧下で基板を加熱し、次いで、減圧下でその対象
とするレジスト層をベーキング及び硬化させうる波長域
の遠赤外線(好ましくは10〜1000μmの波長域)
を照射する。この遠赤外線の照射を基板の表面側から、
又は表面と裏面の両面側から行なう。
In the case of a resist layer, a resist is applied to a predetermined thickness on the surface of a substrate material on which a desired surface shape is to be formed, and a resist layer is formed. The mask pattern is exposed on the resist layer using the designed mask. As the substrate, various substrates, for example, a transparent glass substrate, a Si substrate, a Ga-As substrate, or the like can be used as a substrate to be processed. As a typical example, a thick resist film (20 to 25 μm) is formed on these substrates.
m) and pre-bake. The resist layer is exposed through a mask according to a desired shape. The desired shape is
It may be a line / space like a semiconductor or a three-dimensional structure. Also, it may be a structural part for micromachining. Next, development and rinsing are performed (PEB (post exposure bake) between exposure and development, if necessary). Then, if necessary, remove resist
Pre-baking is performed by the V hardening method (pre-baking may be omitted). That is, the surface layer is irradiated with ultraviolet rays in order to harden the surface layer and improve etching resistance and heat resistance. Further, post-bake of the present invention is performed by far infrared rays. In this post-baking, the substrate is preferably first heated in the air or under reduced pressure, and then a far-infrared ray (preferably 10 to 1000 μm wavelength range) capable of baking and curing the target resist layer under reduced pressure. )
Is irradiated. This far-infrared irradiation is applied from the front side of the substrate.
Or, it is performed from both sides of the front surface and the back surface.

【0021】好ましい形態では、同時に基板裏面側から
ヒーター加熱も行なう。ヒーター加熱によって基板のプ
レ加熱を行ない、遠赤外線照射によって高分子材料層の
加熱をそれぞれ実現している。遠赤外線による加熱は、
時間の経過に伴ってその照射強度及び波長を変更するの
が好ましい。ヒーター加熱と遠赤外線照射を基板裏面か
ら行なうことによって、高分子材料層のベーキングと硬
化を高分子材料層加熱部位側(高分子材料層と基板面と
の界面)から行ない、表面硬化層の形成を防ぎ、遠赤外
線照射によって均一な加熱と高精度な温度制御を実現す
ることができる。
In a preferred embodiment, the heater is simultaneously heated from the back side of the substrate. Preheating of the substrate is performed by heating the heater, and heating of the polymer material layer is realized by irradiating far infrared rays. Heating by far infrared rays
It is preferable to change the irradiation intensity and wavelength over time. By heating the heater and irradiating far-infrared rays from the back surface of the substrate, baking and curing of the polymer material layer are performed from the heated side of the polymer material layer (the interface between the polymer material layer and the substrate surface) to form a hardened surface layer. And uniform heating and high-precision temperature control can be realized by far-infrared irradiation.

【0022】基板温度を上げて遠赤外線照射すると基板
加熱速度が速くなる。遠赤外線加熱すると遠赤外線は吸
収されずに多くの基板材料を透過し、直接高分子材料層
を加熱することができる。これによって、熱伝導率の低
いガラス材料や基板厚さの厚い場合の高分子材料層加熱
も良好に行なうことができる。また、基板上面(高分子
材料層表面側)からの加熱を同時に行なうことによっ
て,上下方向から加熱することが可能となり均質な溶剤
成分加熱が可能となる。
When the temperature of the substrate is raised and far-infrared radiation is applied, the substrate heating rate is increased. When the far-infrared ray is heated, the far-infrared ray is not absorbed and passes through many substrate materials, so that the polymer material layer can be directly heated. This makes it possible to favorably heat the glass material having a low thermal conductivity or the polymer material layer when the substrate has a large thickness. In addition, by simultaneously performing heating from the upper surface of the substrate (the surface of the polymer material layer), heating can be performed from above and below, and uniform solvent component heating becomes possible.

【0023】減圧下でベーキング及び硬化処理すると、
短時間で処理できる。これは、減圧下では蒸気圧が下が
るため水分や溶剤が蒸発され易くなり、ベーク及び硬化
速度が速くなるためである。さらに減圧状態は、全ての
界面に均一に作用するため、ベーク及び硬化処理が均質
にできる。
After baking and curing under reduced pressure,
Can be processed in a short time. This is because the vapor pressure is reduced under reduced pressure, so that water and the solvent are easily evaporated, and the baking and curing speeds are increased. Further, the reduced pressure condition uniformly acts on all the interfaces, so that the baking and curing treatment can be made uniform.

【0024】基板加熱方法として遠赤外線加熱を行なう
ことによって、真空中での熱伝導の不均一性や熱の伝わ
り難さ、再現性向上等を実現している。ベーク及び硬化
プロセスは、遠赤外線を照射しながら、基板温度を求め
られる耐熱温度まで上昇させることが重要である。ま
た、基板温度を上昇させる際の上昇勾配、遠赤外線の照
射強度、照射量、時間的タイミング、及び積算の遠赤外
線照射光量が重要となる。このように多くの要素がある
が、レジストのような高分子材料の種類、厚さ、処理法
などにより手法が異なってくる。すなわち、レジストを
構成する高分子材料の分子設計、官能基構造や分子量な
どに依存する。何故なら、高分子材料の耐熱性向上は、
加熱により架橋反応が進み、高分子材料が高分子化する
ためである。高分子材料が部分的に高分子化することを
防ぎながら,内部に含まれる溶剤成分を均一に蒸発除去
することが重要である。
By performing far-infrared heating as a substrate heating method, non-uniformity of heat conduction in a vacuum, difficulty in conducting heat, improvement in reproducibility, and the like are realized. It is important for the baking and curing process to raise the substrate temperature to the required heat-resistant temperature while irradiating far-infrared rays. In addition, the rising gradient when increasing the substrate temperature, the irradiation intensity of the far-infrared ray, the irradiation amount, the temporal timing, and the integrated far-infrared irradiation amount are important. Although there are many elements as described above, the method differs depending on the type, thickness, processing method, and the like of a polymer material such as a resist. That is, it depends on the molecular design, functional group structure, molecular weight, and the like of the polymer material constituting the resist. Because the improvement of heat resistance of polymer material is
This is because the crosslinking reaction proceeds by heating and the polymer material is polymerized. It is important to uniformly evaporate and remove the solvent component contained therein while preventing the polymer material from being partially polymerized.

【0025】この硬化方法を実現する本発明の硬化装置
は、表面側に高分子材料層が形成された基板をその高分
子材料層が上向きになるようにその基板の周辺部で保持
する基板保持機構と、その基板の上下方に配置され、高
分子材料層を加熱させうる波長域の遠赤外線を基板を通
してその高分子材料層に照射する遠赤外線照射機構と、
基板の下方に配置され基板を加熱するためのヒーター
と、前記基板及び前記基板保持機構を収容し、前記遠赤
外線照射機構からの遠赤外線及び前記基板加熱機構側か
らの遠赤外線を入射させる入射窓を有し排気機構を備え
て内部を減圧状態にする減圧容器とを備えている。
A curing apparatus according to the present invention for realizing this curing method is a substrate holding apparatus which holds a substrate having a polymer material layer formed on the surface side at a peripheral portion of the substrate so that the polymer material layer faces upward. A mechanism and a far-infrared irradiation mechanism that is arranged above and below the substrate and irradiates the polymer material layer with far-infrared light in a wavelength range capable of heating the polymer material layer through the substrate,
A heater disposed below the substrate for heating the substrate, and an entrance window that houses the substrate and the substrate holding mechanism and receives the far infrared rays from the far infrared irradiation mechanism and the far infrared rays from the substrate heating mechanism. And a decompression container having an exhaust mechanism to reduce the pressure inside.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】本発明で高分子材料層をベーキン
グ及び硬化させる遠赤外線は10μmから1000μm
の波長をもつものが好ましい。そのような波長をもつ光
源としては、遠赤外線ヒーター、遠赤外線レーザー、セ
ラミック板付きヒーター、半導体レーザー、光パラメト
リック発振器やラマンレーザーなどを使用することがで
きる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, far infrared rays for baking and curing a polymer material layer are from 10 μm to 1000 μm.
Are preferred. As a light source having such a wavelength, a far infrared heater, a far infrared laser, a heater with a ceramic plate, a semiconductor laser, an optical parametric oscillator, a Raman laser, or the like can be used.

【0027】遠赤外線光源の一般的で好ましい一例は、
遠赤外線ヒーターである。この遠赤外線を使用すること
により、基板と接する高分子材料部分から加熱を行ない
高分子材料層の厚さに関わらず均質な溶剤成分加熱が可
能となる。これは、ベーク・硬化速度、高分子材料硬化
層の厚み、溶剤成分(蒸発温度、分子量、蒸発速度、蒸
気圧、蒸発速度など)や耐熱性は高分子材料の種類によ
って異なるためである。
One common and preferred example of a far-infrared light source is
It is a far infrared heater. By using the far-infrared rays, heating is performed from the polymer material portion in contact with the substrate, so that uniform solvent component heating can be performed regardless of the thickness of the polymer material layer. This is because the baking / curing speed, the thickness of the cured polymer material layer, solvent components (evaporation temperature, molecular weight, evaporation speed, vapor pressure, evaporation speed, etc.) and heat resistance vary depending on the type of polymer material.

【0028】基板の上方と下方の両方から遠赤外線を照
射する場合、その上下の遠赤外線は同時に照射してもよ
く、フィルターにより選択して波長を変更させて順次照
射させても良い。順次照射する場合は、初めに長波長側
の遠赤外線を照射し、その後、短波長側の遠赤外線を照
射するようにするのが好ましい。これにより、ベーキン
グの硬化速度をより速めることと均質性を高めることが
できる。
When irradiating far-infrared rays from both above and below the substrate, far-infrared rays above and below the far-infrared rays may be radiated simultaneously, or they may be radiated sequentially by selecting a filter to change the wavelength. When sequentially irradiating, it is preferable to irradiate far-infrared rays on the long wavelength side first, and then irradiate far-infrared rays on the short wavelength side. Thereby, the curing speed of baking can be further increased and the uniformity can be improved.

【0029】対象となる高分子材料に応じて照射する遠
赤外線の波長を使い分けるとともに、照射のタイミング
を使い分けることが好ましい。これは、基板温度よりも
遠赤外線照射強度と照射時間、あるいはこれらの積(照
射強度×照射時間)である照射エネルギーが支配的で、
温度を上昇させながらプログラムに従って,時分割しな
がら分割して遠赤外線を照射した方が、安定して、均質
な溶剤成分の除去が行なわれ、かつ硬化速度が大きくな
るためである。
It is preferable to use different wavelengths of far-infrared rays to be irradiated and to use different irradiation timings according to the target polymer material. This is because the irradiation energy, which is the irradiation intensity and irradiation time or the product of these (irradiation intensity x irradiation time), is more dominant than the substrate temperature,
Irradiating far-infrared rays in a time-division manner in accordance with a program while increasing the temperature while removing temperature stably and uniformly removes the solvent component, and increases the curing speed.

【0030】遠赤外線の照射は、初めに照射強度を弱く
しておき、その後照射強度を強くすることが好ましい。
高分子材料層が厚い場合、最初から強い遠赤外線を照射
すると発泡し、泡がそのまま高分子材料層中に残存した
り破裂を生じたりし、高分子材料パターンを損なうこと
になる。これを防ぐためには、最初に弱い遠赤外線強度
で数秒から30秒程度照射し、発泡の原因となるガス放
出を行なうのがよい。
It is preferable that the irradiation intensity of the far-infrared ray is first reduced, and then the irradiation intensity is increased.
When the polymer material layer is thick, it foams when irradiated with strong far-infrared rays from the beginning, and the foam remains in the polymer material layer as it is or bursts, thereby damaging the polymer material pattern. In order to prevent this, it is preferable to first irradiate a weak far-infrared ray for a few seconds to about 30 seconds to release gas which causes foaming.

【0031】また、基板材料の熱容量が大きい場合には
基板を予め加熱するために別に用意したヒーターで加熱
する事も有効である。こうすることで、基板温度と高分
子材料との温度差を無くし,密着不良や発泡を防ぐこと
ができる。
When the heat capacity of the substrate material is large, it is effective to heat the substrate with a separately prepared heater in order to heat the substrate in advance. By doing so, it is possible to eliminate the temperature difference between the substrate temperature and the polymer material, thereby preventing poor adhesion and foaming.

【0032】本発明の加熱装置の特徴は、基板保持機構
は基板周辺部で基板を保持し、基板裏面側には遠赤外線
照射装置と基板加熱用のヒーターをともに配置している
点にあるが、遠赤外線照射装置とヒーターは平行に設置
し、かつ互いに干渉しないように配置するのが好まし
い。又は図4に示すような2つのチャンバーを有する加
熱装置で行なうのが好ましい。更には、照度が均一とな
るように補助反射板を設置するとともに、基板を回転さ
せる機構があることが好ましい。
The feature of the heating device of the present invention is that the substrate holding mechanism holds the substrate at the periphery of the substrate, and the far-infrared ray irradiation device and the heater for heating the substrate are both arranged on the back surface of the substrate. Preferably, the far-infrared irradiating device and the heater are installed in parallel and arranged so as not to interfere with each other. Alternatively, it is preferable to use a heating apparatus having two chambers as shown in FIG. Further, it is preferable that an auxiliary reflection plate is provided so that the illuminance is uniform and a mechanism for rotating the substrate is provided.

【0033】遠赤外線照射とヒーターの使用時期及び真
空減圧条件の設定は,実施例及び図5に示すようにヒー
ターを初めに作動させ基板を加熱した後、遠赤外線を照
射し高分子材料層が所定の温度に達した後に、真空減圧
することが好ましい。また遠赤外線照射は,溶剤成分の
蒸発状況をモニタリングしながら時分割し、数回に分け
て照射し高分子材料層の内部温度を維持して徐々に温度
を上昇させながら溶剤成分を蒸発させる。最終的な到達
温度は、高分子材料によって異なる。更に、真空減圧
は、実施例に示すように溶剤成分の蒸発を管理しながら
適切な真空度を維持することが望ましい。
The irradiation of far-infrared rays, the use time of the heater, and the setting of the vacuum decompression condition are set in the embodiment and as shown in FIG. After reaching a predetermined temperature, it is preferable to reduce the pressure in vacuum. Further, the far-infrared irradiation is time-divisionally performed while monitoring the evaporation state of the solvent component, and the irradiation is performed several times to maintain the internal temperature of the polymer material layer and evaporate the solvent component while gradually increasing the temperature. The ultimate temperature depends on the polymer material. Further, it is desirable that the vacuum pressure is maintained at an appropriate degree of vacuum while controlling the evaporation of the solvent component as shown in the examples.

【0034】[0034]

【実施例】図1に本発明の硬化装置の一実施例を示す。
2は減圧容器の真空チャンバーであり、その内部に基板
保持機構の基板ホルダー4が設けられている。基板ホル
ダー4は、表面側に高分子材料層パターンが形成された
透明ガラス基板6を、その高分子材料層パターンが上向
きになるように、基板6の周辺部で保持する。
FIG. 1 shows an embodiment of a curing apparatus according to the present invention.
Reference numeral 2 denotes a vacuum chamber of a decompression container, in which a substrate holder 4 of a substrate holding mechanism is provided. The substrate holder 4 holds the transparent glass substrate 6 having the polymer material layer pattern formed on the surface side at the periphery of the substrate 6 so that the polymer material layer pattern faces upward.

【0035】真空チャンバー2はその上下面が合成石英
板の入射窓になっている。下側の入射窓を介して高分子
材料層をベーキング・硬化させる加熱用ヒーターとして
の遠赤外線と、高分子材料層を加熱するための遠赤外線
とが真空チャンバー2内に入射し、透明ガラス基板6を
経てその表面に形成された高分子材料層パターンに照射
される。上側の入射窓を介して高分子材料層をベーキン
グ・硬化させるための遠赤外線が真空チャンバー2内に
入射し、高分子材料層パターンに照射される。真空チャ
ンバー2には、その内部を減圧状態にするために、排気
速度を制御するための圧力制御機構(バルブ)8を介し
て真空ポンプ10が設けられている。
The upper and lower surfaces of the vacuum chamber 2 are entrance windows of a synthetic quartz plate. Far-infrared rays as a heater for baking and curing the polymer material layer and far-infrared rays for heating the polymer material layer enter the vacuum chamber 2 through the lower entrance window, and the transparent glass substrate After 6, the polymer material layer pattern formed on the surface is irradiated. Far-infrared rays for baking and curing the polymer material layer enter the vacuum chamber 2 through the upper entrance window, and irradiate the polymer material layer pattern. The vacuum chamber 2 is provided with a vacuum pump 10 via a pressure control mechanism (valve) 8 for controlling an exhaust speed in order to reduce the pressure inside the vacuum chamber 2.

【0036】真空チャンバー2にはさらに、真空チャン
バー2をリーク(真空解除)する際に導入する窒素を供
給する窒素供給機構12と、真空チャンバー2からその
窒素を排出するベント14とが設けられている。
The vacuum chamber 2 is further provided with a nitrogen supply mechanism 12 for supplying nitrogen introduced when the vacuum chamber 2 is leaked (vacuum released), and a vent 14 for discharging the nitrogen from the vacuum chamber 2. I have.

【0037】真空チャンバー2の側面には、基板6を基
板ホルダー4に載置したり基板ホルダー4から取り出し
たりする際に真空チャンバー2内の真空を破壊すること
なく作業を継続できるようにするために、ロードロック
室16が設けられている。18はベーク・硬化処理前後
の基板6を収容する基板キャリアであり、搬送ロボット
20により基板キャリア18とロードロック室16との
間で基板の授受がなされる。
The side of the vacuum chamber 2 is provided so that the work can be continued without breaking the vacuum in the vacuum chamber 2 when the substrate 6 is placed on the substrate holder 4 or taken out of the substrate holder 4. , A load lock chamber 16 is provided. Reference numeral 18 denotes a substrate carrier for accommodating the substrates 6 before and after the baking / curing process. The transfer robot 20 transfers the substrates between the substrate carrier 18 and the load lock chamber 16.

【0038】真空チャンバー2の上部と下部には照明装
置が配置されており、その照明装置は入射窓を介して遠
赤外線を照射する上下の遠赤外線照射ヒーター22と、
下側から基板加熱する赤外線ランプ24とを備えてい
る。26は遠赤外線ヒーター22の電源である。ヒータ
ー22と遠赤外線ランプ24には、図示していないが、
シャッター、フィルター、照射強度均一化のための補助
反射板が設置されている。
At the upper and lower portions of the vacuum chamber 2, an illuminating device is disposed. The illuminating device includes upper and lower far-infrared irradiation heaters 22 for irradiating far-infrared rays through an entrance window.
An infrared lamp 24 for heating the substrate from below. 26 is a power supply of the far infrared heater 22. Although not shown, the heater 22 and the far-infrared lamp 24
A shutter, a filter, and an auxiliary reflector for uniformizing the irradiation intensity are installed.

【0039】30は各部に必要な電源を供給する電源装
置である。破線で囲まれた外枠はこの硬化装置全体を意
味しており、32はその硬化装置全体のクリーン度を制
御するための空調制御装置である。遠赤外線照射ヒータ
ー22としては、工業用(1000W)のものを上下に
合計2灯用いた。照射強度は、照射距離を変更すること
によって照度を可変にできる。遠赤外線照射ヒーターを
用いることによって基板裏面キズが生じなくなった。そ
して、接触型ヒーターを用いる場合のように基板とヒー
ターとの間のギャップの設け方によって基板温度に差が
生じるということもない。
Reference numeral 30 denotes a power supply device for supplying necessary power to each unit. An outer frame surrounded by a broken line represents the entire curing device, and 32 is an air conditioning control device for controlling the cleanness of the entire curing device. As the far-infrared irradiation heater 22, a total of two lamps for industrial use (1000W) were used. The irradiation intensity can be varied by changing the irradiation distance. By using the far-infrared irradiation heater, the back surface of the substrate was not scratched. In addition, there is no difference in the substrate temperature depending on how the gap is provided between the substrate and the heater as in the case of using the contact type heater.

【0040】(実施例1)実施例として、図2に示され
る大口径マイクロレンズを製作した。このレンズは、L
D発光光をコリメートするためのマイクロレンズであ
り、中心波長:1480nm、WD(ワーキングディス
タンス、すなわちLD(レーザーダイオード)とマイク
ロレンズとの距離):0.4mm、マイクロレンズと第
2レンズとの距離:9.5mm、基板材料:S−NPH
2、基板厚さ:1.1mm、レンズ有効径は第1面側
(非球面シリンダー形状):370μm、第2面側(非
球面トロイダル形状):496μm、焦点距離(第1
面):f(Y方向)=0.489(mm)、f(X方
向)=0.994(mm)、開口数(第1面):NA
(Y方向)=0.390、NA(X方向)=0.251の
マイクロレンズを製作した。
Example 1 As an example, a large-diameter microlens shown in FIG. 2 was manufactured. This lens is L
D is a microlens for collimating emitted light, center wavelength: 1480 nm, WD (working distance, ie, distance between LD (laser diode) and microlens): 0.4 mm, distance between microlens and second lens : 9.5mm, Substrate material: S-NPH
2. Substrate thickness: 1.1 mm, lens effective diameter: first surface side (aspherical cylinder shape): 370 μm, second surface side (aspherical toroidal shape): 496 μm, focal length (first
Surface): f (Y direction) = 0.489 (mm), f (X direction) = 0.994 (mm), numerical aperture (first surface): NA
A microlens with (Y direction) = 0.390 and NA (X direction) = 0.251 was manufactured.

【0041】本実施例のマイクロレンズの場合には単位
セル形状を2μm×2μmの正方形、ドット形状を円形
状(同心円状に面積を増加させる方法)、ドット配置を
中心配置として濃度分布マスクを製作した。最後に記載
するが、レジスト最終厚さ:21.5μm、エッチング
加工時選択比:1.68の条件で加工するに必要な形状
(目的の形状を1/αに縮小した形状、αはエッチング
時の選択比)を濃度分布マスク工法で実現するように、
感度曲線から濃度分布マスクを設計した。
In the case of the microlens of this embodiment, a density distribution mask is manufactured with a unit cell shape of 2 μm × 2 μm square, a dot shape of a circle (a method of increasing the area concentrically), and a dot arrangement at the center. did. Finally, the shape required for processing under the conditions of the final resist thickness: 21.5 μm and the selectivity at the time of etching: 1.68 (the shape obtained by reducing the target shape to 1 / α; Selectivity) by the density distribution mask method,
A density distribution mask was designed from the sensitivity curve.

【0042】次に、上記マスクを使用して製作するマイ
クロレンズの例を述べる。S−NPH2ガラス基板を用
意し、この基板上にTGMR−950レジスト(東京応
化社の製品)を約25.0μmの厚さに塗布した。塗付
条件は、300rpm(膜厚を均一にするための最終回
転数は、1500rpm)である。次に、本発明の真空
遠赤外線照射装置を用いてプリベークを行なった。プリ
ベークは、基板を本装置に設置し、1気圧、25℃から
始めた。スタートと同時に遠赤外線照射を開始した。ま
た、同時に真空引きを開始した。スタート後、7分で真
空度0.1Torr、基板温度80℃に達した。その
後、0.1Torrの真空度を維持したまま、遠赤外線
を照射した。スタート後13分で基板温度90℃、真空
度0.1Torrに設定した。この状態を更に7分間継
続した。スタート後のトータル時間は20分である。こ
の時点で、遠赤外線照射を終了した。このようにトータ
ル20分処理した後、窒素を導入して真空を解除した。
同時に基板温度は低下した。基板が十分に冷却された状
態で装置から取り出した。この基板を1/5ステッパー
で露光した。露光条件は、デフォーカス:0μm、照射
量:390mW×6.4秒(照度:2500mJ)であ
る。
Next, an example of a micro lens manufactured using the above-mentioned mask will be described. An S-NPH2 glass substrate was prepared, and a TGMR-950 resist (a product of Tokyo Ohka Co., Ltd.) was applied on the substrate to a thickness of about 25.0 μm. The application condition is 300 rpm (the final number of revolutions for making the film thickness uniform is 1500 rpm). Next, prebaking was performed using the vacuum far-infrared irradiation apparatus of the present invention. The pre-bake was performed by placing the substrate in the apparatus and starting at 1 atm and 25 ° C. Far-infrared irradiation was started at the same time as the start. At the same time, evacuation was started. Seven minutes after the start, the vacuum reached 0.1 Torr and the substrate temperature reached 80 ° C. Thereafter, far-infrared rays were irradiated while maintaining a vacuum of 0.1 Torr. Thirteen minutes after the start, the substrate temperature was set to 90 ° C. and the degree of vacuum was set to 0.1 Torr. This state was continued for another 7 minutes. The total time after the start is 20 minutes. At this point, the far-infrared irradiation was terminated. After the treatment for a total of 20 minutes, nitrogen was introduced to release the vacuum.
At the same time, the substrate temperature dropped. The substrate was taken out of the device while being sufficiently cooled. The substrate was exposed with a 1/5 stepper. Exposure conditions are defocus: 0 μm, irradiation amount: 390 mW × 6.4 seconds (illuminance: 2500 mJ).

【0043】この条件で露光後、PEBは実施しなかっ
た。その後、現像とリンスを施してレジストパターンを
形成した。この時のレジスト高さは、21.5μmであ
った(現像、リンスによって3.5μm減少(目減り)
した)。更に、レジスト表面硬化前処理として、図1の
ベーキング装置を用いて大気圧下で、90℃で30分間
ベーキングを行なった。
After exposure under these conditions, PEB was not performed. Thereafter, development and rinsing were performed to form a resist pattern. The resist height at this time was 21.5 μm (3.5 μm reduced by development and rinsing (reduction)
did). Further, as a pretreatment of resist surface hardening, baking was performed at 90 ° C. for 30 minutes under atmospheric pressure using the baking apparatus of FIG.

【0044】この操作によって、レジストの耐プラズマ
エッチング性と耐熱性が向上し、次工程での加工に耐え
られるようになる。更に、図1に示した減圧・遠赤外線
照射装置にてヒーターと遠赤外線照射機を使用してポス
トベークを行なった。このポストベークでは、25℃か
ら160℃に徐々に温度を上昇させた。この間90℃に
到達した時点で、減圧を開始した。基板温度が160℃
に到達した時点で減圧を終了させ、徐々に窒素を導入し
ながら大気圧まで加圧し、大気圧に戻った時点から、積
算して維持時間が120分間になるまで保持した。本実
施例の遠赤外線照射のベーキング・硬化条件は、自動搬
送装置で基板6を搬入した後に、遠赤外線照射または真
空引き用のバルブ8を開け真空引きを始める。
By this operation, the plasma etching resistance and heat resistance of the resist are improved, and the resist can be processed in the next step. Further, post-baking was performed using a heater and a far-infrared ray irradiator with the reduced pressure / far-infrared ray irradiator shown in FIG. In this post-baking, the temperature was gradually increased from 25 ° C to 160 ° C. During this time, when the temperature reached 90 ° C., the pressure reduction was started. Substrate temperature is 160 ℃
When the pressure reached, the pressure was stopped, and the pressure was increased to the atmospheric pressure while gradually introducing nitrogen. From the time when the pressure returned to the atmospheric pressure, the accumulated time was maintained until the maintenance time became 120 minutes. In the baking and curing conditions of the far-infrared irradiation in the present embodiment, after the substrate 6 is carried in by the automatic transfer apparatus, the valve 8 for far-infrared irradiation or evacuation is opened to start evacuation.

【0045】以下に一般的な装置の稼動状態を示す。真
空装置自体では、60秒で1Torrまで粗引きする。
(但し、通常、基板上にレジスト(溶剤成分を多量に含
んでいる)が目的の厚さだけ塗付されているので真空引
きをはじめても到達圧力と時間はそれぞれ異なってい
る。)その後、ドライポンプにて0.95Torrに維
持する。通常、基板加熱は、真空引きが開始されると同
時に赤外線ランプ24から赤外線を照射し、基板加熱を
開始する。60秒以内に55℃まで上昇させこれを維持
する。その後、遠赤外線照射ヒーター22から遠赤外線
を照射し、ゆっくりとレジストを加熱しながらベーキン
グを行なう。次いで、温度を維持したままで、遠赤外線
を照射しつづけ、レジストを硬化させる。勿論、ベーキ
ング・硬化時間や真空引きのタイミングはレジストの種
類、厚さ、基板の熱伝導率、ベーキング・硬化の目的に
よって大きく異なることはいうまでもない。
The operation state of a general apparatus is shown below. In the vacuum device itself, roughing is performed to 1 Torr in 60 seconds.
(However, since the resist (containing a large amount of solvent components) is usually applied on the substrate to the desired thickness, the ultimate pressure and the time are different even after evacuation is started.) Maintain 0.95 Torr by pump. Normally, the substrate is heated by irradiating infrared rays from the infrared lamp 24 at the same time as the evacuation is started to start the substrate heating. Raise to and maintain 55 ° C. within 60 seconds. Thereafter, far infrared rays are irradiated from the far infrared irradiation heater 22 and baking is performed while slowly heating the resist. Next, while maintaining the temperature, irradiation with far infrared rays is continued to cure the resist. It goes without saying that the baking / curing time and the timing of evacuation greatly vary depending on the type and thickness of the resist, the thermal conductivity of the substrate, and the purpose of baking / curing.

【0046】ベーキング・硬化は、その条件を予め実験
で求めてコンピュータに入力しておき、外部からコンピ
ュータ制御する。硬化処理後、レジストの形状を測定す
ると硬化処理前と全く変化はなかった。ポストベーキン
グ(硬化)工程を経た基板6をICPドライエッチング
装置にセットし、真空度1.5×10-3Torrで、反
応ガスをCHF3:5.0〜10.0sccm、BCL3
1.0sccm、Ar:0.5sccmで流し、基板バイ
アス電力:1KW、上部電極電力:1.25KW、基板
冷却温度:−20℃の条件下でドライエッチングを行な
った。またこの時、基板バイアス電力と上部電極電力を
経時的に変化させ、時間変化とともに選択比が大きくな
るように変更しながらエッチングを行なった。基板の平
均エッチング速度は0.55μm/分、平均の選択比は
1.68であった。エッチング後のレンズ高さは36.0
1μmであった。実際のエッチンング時間は65.5分
を要した。
For the baking and curing, the conditions are obtained in advance by experiments and input to a computer, and are externally controlled by a computer. When the shape of the resist was measured after the curing treatment, there was no change from that before the curing treatment. The substrate 6 that has been subjected to the post-baking (curing) process is set in an ICP dry etching apparatus, the reaction gas is CHF 3 : 5.0 to 10.0 sccm, the degree of vacuum is 1.5 × 10 −3 Torr, and BCL 3 is :
Dry etching was performed under the following conditions: 1.0 sccm, Ar: 0.5 sccm, substrate bias power: 1 kW, upper electrode power: 1.25 kW, substrate cooling temperature: -20 ° C. At this time, the etching was performed while changing the substrate bias power and the upper electrode power with time, and changing the selectivity to increase with time. The average etching rate of the substrate was 0.55 μm / min, and the average selectivity was 1.68. Lens height after etching is 36.0
It was 1 μm. The actual etching time required 65.5 minutes.

【0047】本実施例では、第一面と第二面のレンズ形
状が異なっている。このためそれぞれに応じた濃度分布
マスクを準備したが、レンズ高さはほぼ同一であるため
第一面と第二面のレンズ製作のプロセスは、全く同一に
行なった。その結果、本実施例で製作した両凸マイクロ
レンズで結合された光は、第二レンズ表面上では、光の
結合効率94.8%が得られた。
In this embodiment, the lens shapes of the first surface and the second surface are different. For this reason, density distribution masks corresponding to the respective masks were prepared. However, since the lens heights were almost the same, the processes for manufacturing the lenses on the first surface and the second surface were exactly the same. As a result, the light coupled by the biconvex microlens manufactured in this example had a light coupling efficiency of 94.8% on the surface of the second lens.

【0048】(実施例2)第2の実施例として図3に示
される大口径マイクロレンズを製作した。本実施例では
「LD発光光を集光するためのマイクロレンズ」とし
て、中心波長:850nm、WD(ワーキングディスタ
ンス、すなわちLDとマイクロレンズとの距離):0.
15mm、マイクロレンズとファイバーとの距離:0.
3mm、基板材料:S−NPH2、基板厚さ:1.0m
m、レンズ有効径は第1面側(非球面形状):200μ
m、レンズ有効径は第2面側(球面):200μm、焦
点距離(第1面):f=0.15(mm)、焦点距離
(第2面):f=0.30(mm)、開口数(第1
面):NA=0.3、開口数(第2面):NA=0.16
のマイクロレンズを製作した。
Example 2 As a second example, a large-diameter microlens shown in FIG. 3 was manufactured. In the present embodiment, the “microlens for condensing LD emission light” has a center wavelength of 850 nm and a WD (working distance, that is, a distance between the LD and the microlens) of 0.
15 mm, distance between microlens and fiber: 0.1
3 mm, substrate material: S-NPH2, substrate thickness: 1.0 m
m, lens effective diameter is on the first surface side (aspherical shape): 200 μm
m, effective lens diameter on the second surface side (spherical surface): 200 μm, focal length (first surface): f = 0.15 (mm), focal length (second surface): f = 0.30 (mm), Numerical aperture (first
Surface): NA = 0.3, numerical aperture (second surface): NA = 0.16
Of micro lenses.

【0049】本実施例のマイクロレンズの場合には単位
セル形状を2μm×2μmの正方形、ドット形状を円形
状(同心円状に面積を増加させる方法)、ドット配置を
中心配置として濃度分布マスクを製作した。最後に記載
するが、レジスト最終厚さ:21.5μm、エッチング
加工時選択比:αの条件で加工するに必要な形状(目的
の形状を1/αに縮小した形状、αはエッチング時の選
択比)を濃度分布マスク工法で実現するように、感度曲
線から濃度分布マスクを設計した。
In the case of the microlens of this embodiment, a density distribution mask is manufactured by setting the unit cell shape to a square of 2 μm × 2 μm, the dot shape to a circular shape (a method of increasing the area concentrically), and the dot arrangement to the center arrangement. did. Lastly, the shape required for processing under the conditions of the final resist thickness: 21.5 μm and the etching selectivity: α (the target shape is reduced to 1 / α, α is the selection at the time of etching) The density distribution mask was designed based on the sensitivity curve so that the ratio was realized by the density distribution mask method.

【0050】濃度分布マスク設計においては、現像後の
レジスト高さは第1,2面ではほぼ同じに設計してい
る。目的高さが異なるため当然のことながら、第1,2
面で選択比が異なっている。従って濃度分布マスクの設
計は異なっている。このため、使用する感度曲線は同じ
であるが、具体的には斜面の勾配や縮小倍率などが異な
っている。
In the design of the density distribution mask, the resist height after development is designed to be substantially the same on the first and second surfaces. Naturally, since the target heights are different,
The selectivity is different in each aspect. Therefore, the design of the density distribution mask is different. For this reason, the sensitivity curves used are the same, but specifically, the slopes of the slopes and the reduction ratios are different.

【0051】次に、上記マスクを使用して製作するマイ
クロレンズの例を述べる。S−NPH2ガラス基板を用
意し、この基板上に前記のTGMR−950レジスト
(東京応化社の製品)を約25.0μmの厚さに塗布し
た。塗付条件は、300rpm(膜厚を均一にするため
の最終回転数は、1500rpm)である。次に、図1
に示した減圧・遠赤外線加熱装置を用いて、ヒーター加
熱によって60℃で5分間加熱させた後、真空減圧をは
じめる。ついで、遠赤外線を照射して90℃まで徐々に
温度を上昇させる。その間真空引きを行ない0.1To
rrまで徐々に減圧する。(0.1Torrを積算で1
5分間維持する:合計20分)。減圧開始から、遠赤外
線を上下とも500Wで15分間照射する。
Next, an example of a micro lens manufactured using the above-mentioned mask will be described. An S-NPH2 glass substrate was prepared, and the TGMR-950 resist (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) was applied on the substrate to a thickness of about 25.0 μm. The application condition is 300 rpm (the final number of revolutions for making the film thickness uniform is 1500 rpm). Next, FIG.
After heating by heating with a heater at 60 ° C. for 5 minutes using the decompression / far-infrared heating device shown in (1), vacuum decompression is started. Next, the temperature is gradually increased to 90 ° C. by irradiating far infrared rays. During that time, evacuate to 0.1 To
Reduce the pressure gradually to rr. (Integration of 0.1 Torr is 1
(5 minutes hold: 20 minutes total). From the start of depressurization, far-infrared rays are irradiated for 15 minutes at 500 W in both directions.

【0052】この基板を1/5ステッパーで露光した。
露光条件は、デフォーカス:0μm、照射量:390m
W×6.4秒(照度:2500mJ)である。この条件
で露光後、PEBは実施しなかった。その後、現像とリ
ンスを施してレジストパターンを形成した。この時のレ
ジスト高さは、21.5μmであった(現像、リンスに
よって3.5μm減少した)。更に、レジスト表面硬化
前処理として本件ベーキング装置で大気圧下で、85℃
×20分間ベーキングを行なった。
This substrate was exposed with a 1/5 stepper.
Exposure conditions are: defocus: 0 μm, irradiation amount: 390 m
W × 6.4 seconds (illuminance: 2500 mJ). After exposure under these conditions, PEB was not performed. Thereafter, development and rinsing were performed to form a resist pattern. The resist height at this time was 21.5 μm (decreased by 3.5 μm by development and rinsing). Further, as a pretreatment of resist surface hardening, the present baking apparatus is used at 85 ° C. under atmospheric pressure.
Baking was performed for 20 minutes.

【0053】更に、図1に示した減圧・遠赤外線照射装
置にてヒーターと遠赤外線照射機を使用して25℃から
160℃に徐々に温度を上昇させた。この間90℃に到
達した時点で、減圧を開始する。基板温度が160℃に
到達した時点で減圧を終了させ、徐々に窒素を導入しな
がら大気圧まで加圧する。大気圧に戻った時点から、積
算して維持時間が60分間になるまで保持してポストベ
ークする。実施例1と異なり、プリベーキングを真空減
圧条件下で実施してあるので、160℃での積算保持時
間は短くてよい。
Further, the temperature was gradually increased from 25 ° C. to 160 ° C. by using a heater and a far-infrared ray irradiator in the vacuum / far-infrared ray irradiator shown in FIG. During this time, when the temperature reaches 90 ° C., the pressure reduction is started. When the substrate temperature reaches 160 ° C., the pressure reduction is terminated, and the pressure is increased to the atmospheric pressure while gradually introducing nitrogen. After returning to the atmospheric pressure, post-baking is performed while maintaining the accumulated time until the maintenance time reaches 60 minutes. Unlike the first embodiment, since the pre-baking is performed under the reduced pressure of vacuum, the integrated holding time at 160 ° C. may be short.

【0054】ポストベーキング(硬化)工程を経た基板
6をICPドライエッチング装置にセットし、真空度
1.5×10-3Torrで、反応ガスをCHF3:5.0
〜10.0sccm、BCL3:1.0sccm、Ar:
0.5sccmで流し、基板バイアス電力:1KW、上
部電極電力:1.25KW、基板冷却温度:−20℃の
条件下でドライエッチングを行なった。またこの時、基
板バイアス電力と上部電極電力を経時的に変化させ、時
間変化とともに選択比が大きくなるように変更しながら
エッチングを行なった。基板の平均エッチング速度は
0.55μm/分、平均の選択比は第1面では、1.4
0、第2面では1.24であった。エッチング後のレン
ズ高さは第1面では、30.0μm、第2面では26.7
μmであった。実際のエッチンング時間は第1面では5
6分、第2面では50分を要した。
The substrate 6 having undergone the post-baking (curing) process is set in an ICP dry etching apparatus, and the reaction gas is CHF 3 : 5.0 at a degree of vacuum of 1.5 × 10 −3 Torr.
10.0 sccm, BCL 3 : 1.0 sccm, Ar:
Dry etching was performed under the conditions of a flow rate of 0.5 sccm, a substrate bias power of 1 KW, an upper electrode power of 1.25 KW, and a substrate cooling temperature of −20 ° C. At this time, the etching was performed while changing the substrate bias power and the upper electrode power with time, and changing the selectivity to increase with time. The average etching rate of the substrate was 0.55 μm / min, and the average selectivity was 1.4 on the first surface.
0 and 1.24 on the second surface. The height of the lens after etching is 30.0 μm on the first surface and 26.7 μm on the second surface.
μm. Actual etching time is 5 on the first side
It took 6 minutes and 50 minutes on the second side.

【0055】本実施例では、第一面と第二面のレンズ形
状が同じである。しかしレンズ高さが異なっている。こ
のためそれぞれに応じた濃度分布マスクを準備したが、
現像リンス後のレンズ高さはほぼ同一であるため第一面
と第二面のレンズ製作のプロセスは、全く同一に行なっ
た。その後のエッチングの選択比を変更して目的形状を
得ることに成功した。その結果、本実施例で製作した両
凸マイクロレンズで結合された光は、光ファイバー端面
上では、光の結合効率85%が得られた。
In this embodiment, the first surface and the second surface have the same lens shape. However, the lens height is different. For this reason, density distribution masks corresponding to each were prepared,
Since the lens heights after the development rinsing are almost the same, the lens manufacturing process for the first surface and the second surface was performed exactly the same. The target shape was successfully obtained by changing the selectivity of the subsequent etching. As a result, the light coupled by the biconvex microlens manufactured in this example had a light coupling efficiency of 85% on the end face of the optical fiber.

【0056】図1の硬化装置は、真空チャンバーを1つ
備えたものであるが、量産用にするために、真空チャン
バーを2つ備えたものに改良した硬化装置を図4に示
す。41と42は共に減圧容器の真空チャンバーであ
り、それぞれの内部に基板46を保持し、遠赤外線を照
射して高分子材料を硬化させるようになっている。一方
の真空チャンバー41は中央部に基板40を保持する基
板受け治具47が設けられている。基板受け治具47は
基板46の周囲を保持し、上下両方向から遠赤外線照射
が可能になっている。中央部に保持された基板46の上
方と下方にそれぞれ遠赤外線照射装置44,44が配置
され、基板46が配置される空間との間がそれぞれ合成
石英板の入射窓41a,41aで隔てられている。遠赤
外線はその入射窓41a,41aを透過して基板46の
高分子材料に照射される。
Although the curing apparatus of FIG. 1 has one vacuum chamber, FIG. 4 shows a curing apparatus improved to two vacuum chambers for mass production. Reference numerals 41 and 42 denote vacuum chambers of a decompression container, each holding a substrate 46 therein, and irradiating far infrared rays to cure the polymer material. One vacuum chamber 41 is provided with a substrate receiving jig 47 for holding the substrate 40 in the center. The substrate receiving jig 47 holds the periphery of the substrate 46, and can irradiate far-infrared rays from both directions. Far-infrared irradiators 44, 44 are arranged above and below the substrate 46 held at the center, respectively, and the space where the substrate 46 is arranged is separated by the synthetic quartz plate entrance windows 41a, 41a, respectively. I have. The far-infrared rays pass through the entrance windows 41a, 41a and irradiate the polymer material of the substrate 46.

【0057】他方の真空チャンバー42には、中央部に
基板46を載置して保持し、かつ基板46を加熱する加
熱装置45が配置されている。加熱装置45は赤外線加
熱又はヒーター加熱の加熱装置である。加熱装置45上
に設置された基板46の上方には、合成石英板の入射窓
42aを介して遠赤外線照射装置44が設けられてい
る。この真空チャンバー42においても、遠赤外線が入
射窓42を介して基板46上の高分子材料層に照射され
る。
In the other vacuum chamber 42, a heating device 45 for placing and holding the substrate 46 at the center and heating the substrate 46 is disposed. The heating device 45 is a heating device for infrared heating or heater heating. Above the substrate 46 installed on the heating device 45, a far-infrared irradiation device 44 is provided through an entrance window 42a of a synthetic quartz plate. In this vacuum chamber 42 as well, far infrared rays are applied to the polymer material layer on the substrate 46 through the incident window 42.

【0058】2つの真空チャンバー41,42の間に
は、それらをつなぐ搬送室40が配置されており、それ
ぞれの真空チャンバー41,42とはゲートバルブ4
9,49を介して開閉可能に接続されている。搬送室4
0内には搬送用ロボットである自動搬送機43が設けら
れており、そのハンド50により基板46を把持して真
空チャンバー41,42内に設置したり、取り出したり
できるようになっている。真空チャンバー41,42及
び搬送室40はその内部を減圧状態にするためにそれぞ
れ排気口48を備え、それぞれ排気速度を制御するため
の圧力制御機構(バルブ)(図示略)を介して真空ポンプ
に接続されている。
A transfer chamber 40 for connecting the two vacuum chambers 41 and 42 is disposed between the two vacuum chambers 41 and 42.
They are connected to be openable and closable via 9, 49. Transfer room 4
An automatic transfer device 43, which is a transfer robot, is provided in the unit 0, and the substrate 46 is gripped by the hand 50 and can be set in or removed from the vacuum chambers 41 and 42. Each of the vacuum chambers 41 and 42 and the transfer chamber 40 is provided with an exhaust port 48 to reduce the pressure inside thereof, and is connected to a vacuum pump via a pressure control mechanism (valve) (not shown) for controlling the exhaust speed. It is connected.

【0059】真空チャンバー41,42にはさらに、真
空チャンバー41,42をリークする際に導入する窒素
を供給する窒素供給機構(図示略)と、真空チャンバー
41,42からその窒素を排出するベントとがそれぞれ
設けられている。各遠赤外線照射装置44には、図示し
ていないが、シャッター、フィルター、照射強度均一化
のための補助反射板が設置されている。各遠赤外線照射
装置44としては、工業用(1000W)のものを用い
た。照射強度は、照射距離を変更することによって照度
を可変にできる。
The vacuum chambers 41 and 42 further include a nitrogen supply mechanism (not shown) for supplying nitrogen introduced when the vacuum chambers 41 and 42 leak, and a vent for discharging the nitrogen from the vacuum chambers 41 and 42. Are provided respectively. Although not shown, a shutter, a filter, and an auxiliary reflector for uniformizing irradiation intensity are installed in each far-infrared irradiation device 44. As each far-infrared irradiation device 44, an industrial (1000W) device was used. The irradiation intensity can be varied by changing the irradiation distance.

【0060】図4の硬化装置の動作を説明すると、図示
していない基板キャリア(基板を25枚収容することが
できる)から搬送室40内の自動搬送機43に基板46
を自動で搬送する。搬送室40に搬送された基板46
は、まず真空チャンバー42内の基板加熱装置45上に
載置される。次いで、基板加熱装置45により基板46
が加熱される。このとき、ゲートバルブ49は閉じられ
ており、必要に応じて真空チャンバー42内が真空引き
される。この間に搬送室40も真空チャンバー41も共
に真空引きされる。
The operation of the curing device shown in FIG. 4 will be described. A substrate carrier (not shown) capable of accommodating 25 substrates is transferred to the automatic transporter 43 in the transport chamber 40 by the substrate 46.
Is automatically conveyed. Substrate 46 transferred to transfer chamber 40
Is first placed on a substrate heating device 45 in the vacuum chamber 42. Next, the substrate 46 is heated by the substrate heater 45.
Is heated. At this time, the gate valve 49 is closed, and the inside of the vacuum chamber 42 is evacuated as necessary. During this time, both the transfer chamber 40 and the vacuum chamber 41 are evacuated.

【0061】真空チャンバー42での加熱終了後、ゲー
トバルブ49が開けられ、加熱された基板46が自動搬
送機43によって真空チャンバー41の基板受け治具4
7上に移送される。その後、真空チャンバー41のゲー
トバルブ49が閉じられ、真空チャンバー41内が真空
引きされた状態で、基板46の上下から遠赤外線照射装
置44により遠赤外線が照射されて高分子材料が硬化す
る。所定の処理の終了後、基板46が搬送室40に戻さ
れ、真空がリークされて基板46が取り出される。この
硬化装置では、入射窓が汚れることがなくなり、真空容
器内が汚れなくなったため、メンテナンス時間が少なく
なった。
After the heating in the vacuum chamber 42 is completed, the gate valve 49 is opened, and the heated substrate 46 is transferred to the substrate receiving jig 4 in the vacuum chamber 41 by the automatic transfer machine 43.
7. Thereafter, while the gate valve 49 of the vacuum chamber 41 is closed and the inside of the vacuum chamber 41 is evacuated, far infrared rays are irradiated from above and below the substrate 46 by the far infrared irradiation device 44 to cure the polymer material. After the end of the predetermined processing, the substrate 46 is returned to the transfer chamber 40, the vacuum is leaked, and the substrate 46 is taken out. In this curing device, the entrance window was not stained, and the inside of the vacuum vessel was not stained, so that the maintenance time was reduced.

【0062】図5は図4のこの硬化装置における処理の
一例を示したものである。,,はそれぞれ真空引
きの例を示している。これらの条件は、レジストの厚さ
や、感度、工程(プリベークであるかポストベークであ
るか)によって異なり、それぞれに適当な条件を設定す
る。図5中の符号A〜Fは基板46の温度を表してい
る。が代表的な例であるので、この場合について説明
する。
FIG. 5 shows an example of the processing in the curing apparatus of FIG. ,, Respectively show examples of evacuation. These conditions differ depending on the resist thickness, sensitivity, and process (whether pre-baking or post-baking), and appropriate conditions are set for each. Symbols A to F in FIG. 5 indicate the temperature of the substrate 46. Is a typical example, so this case will be described.

【0063】基板46を真空チャンバー42に搬入し、
基板加熱装置45による基板加熱を始める。基板温度が
一定温度、例えば80℃に達した時点(B)で真空チャ
ンバー42内を真空排気し、真空チャンバー42内の遠
赤外照射装置44により遠赤外の照射を始める。このと
き、同時に搬送室40も他方の真空チャンバー41も同
じ真空度になるように真空排気が行なわれている。一定
時間の加熱と遠赤外線照射を経て(C)に達した時点
で、自動搬送機43により基板46を真空チャンバー4
2から真空チャンバー41へ搬送する。真空チャンバー
41では、上下の遠赤外線照射装置44、44により、
遠赤外線照射を行なう。真空引きを継続し、基板温度が
(D)点まで達した後、遠赤外線照射量を制御し、基板
温度を(D)点の一定温度で維持する。この温度で、所
定の時間保持した後、遠赤外線照射を終了する。その
後、真空チャンバー41内に窒素を導入して大気圧に戻
し、自動搬送機43により基板46を基板キャリアに搬
出する。
The substrate 46 is carried into the vacuum chamber 42,
The substrate heating by the substrate heating device 45 is started. When the substrate temperature reaches a predetermined temperature, for example, 80 ° C. (B), the inside of the vacuum chamber 42 is evacuated and far-infrared irradiation is started by the far-infrared irradiation device 44 in the vacuum chamber 42. At this time, the transfer chamber 40 and the other vacuum chamber 41 are simultaneously evacuated so as to have the same degree of vacuum. When the temperature reaches (C) after heating for a certain period of time and irradiation with far-infrared rays, the substrate 46 is moved to the vacuum chamber 4 by the automatic transporter 43.
2 to the vacuum chamber 41. In the vacuum chamber 41, the upper and lower far-infrared radiation devices 44, 44
Irradiate far infrared rays. After the evacuation is continued and the substrate temperature reaches the point (D), the irradiation amount of far-infrared rays is controlled to maintain the substrate temperature at the constant temperature at the point (D). After maintaining at this temperature for a predetermined time, the far-infrared irradiation ends. Thereafter, nitrogen is introduced into the vacuum chamber 41 to return the pressure to the atmospheric pressure, and the substrate 46 is carried out to the substrate carrier by the automatic carrier 43.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明の加熱方法では、従来のホットプ
レート及びオーブンによるベーク方法を遠赤外線による
ベークに変更したので、ベーク性に優れている。また、
オーブンやホットプレートに比べ短時間の処理が可能で
ある。そして、短時間のベークでありながら耐エッチン
グ性は更に良好となる。本発明の加熱方法は、ソフトベ
ーク・ハードベークに関わらず、ベーク全般に使用が可
能である。本発明の遠赤外線照射によるベーキング・硬
化方法と紫外線硬化装置を用いると、下記の効果が得ら
れ色々の問題が解決できた。 遠赤外線照射により高分子材料層の裏面側から加熱す
るため、基板内温度分布の制御が可能となり、レジスト
内の気泡の発生と残留を抑えることができた。 基板内の温度分布が小さくなった。レジストのベーキ
ングと硬化が基板側から可能となり、発泡、熱変形、皺
発生がなくなり、熱によりレジストが熱変形することが
なくなった。 レジスト厚さ20μm以上の場合も完全硬化できた。
このように、レジストが厚くても、耐熱性が不十分であ
ることがなくなった 遠赤外線照射及びヒーター加熱を高分子材料のある側
と反対側から行なうことによって、溶剤及びレジスト自
体の蒸発によって、レジストを均一に加熱でき、ベーキ
ング・加熱速度が大幅に向上した。 レジストの種類に応じた硬化条件が設定でき、多くの
レジストのベーキング・硬化が可能となり、レジストの
種類によらず硬化効果が出せるようになった。
According to the heating method of the present invention, the conventional baking method using a hot plate and an oven is changed to a baking method using far-infrared rays. Also,
Shorter processing time is possible compared to oven and hot plate. Then, the etching resistance is further improved while the baking is performed for a short time. The heating method of the present invention can be used for baking in general, irrespective of soft baking or hard baking. By using the baking / curing method by irradiation with far infrared rays and the ultraviolet curing device of the present invention, the following effects were obtained and various problems could be solved. Since heating was performed from the back side of the polymer material layer by irradiation with far-infrared rays, the temperature distribution in the substrate could be controlled, and generation and retention of bubbles in the resist could be suppressed. The temperature distribution in the substrate became smaller. The baking and curing of the resist became possible from the substrate side, and no bubbling, thermal deformation and wrinkling occurred, and the resist was not thermally deformed by heat. Complete curing was possible even when the resist thickness was 20 μm or more.
In this way, even if the resist is thick, the heat resistance is no longer insufficient.By performing far-infrared irradiation and heater heating from the side opposite to the side of the polymer material, the solvent and the resist itself are evaporated. The resist can be heated uniformly, and the baking / heating speed has been greatly improved. Curing conditions can be set according to the type of resist, and baking and curing of many resists have become possible, so that a curing effect can be obtained regardless of the type of resist.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の硬化装置の一実施例を示す概略構成図
である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of a curing device of the present invention.

【図2】本発明の加熱方法を使用して製作される大口径
マイクロレンズを示す正面図である。
FIG. 2 is a front view showing a large-diameter microlens manufactured using the heating method of the present invention.

【図3】本発明の加熱方法を使用して製作される他の大
口径マイクロレンズを示す正面図である。
FIG. 3 is a front view showing another large-diameter microlens manufactured using the heating method of the present invention.

【図4】他の実施例を示す概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing another embodiment.

【図5】図4の実施例における処理の一例を示すタイム
チャートである。
FIG. 5 is a time chart illustrating an example of a process in the embodiment of FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2,41,42 真空チャンバー 4 基板ホルダー 6,46 基板 10 真空ポンプ 22 遠赤外線ヒーター 24 ヒーター 40 搬送室 43 自動搬送機 44 遠赤外線照射装置 45 基板加熱装置 2, 41, 42 Vacuum chamber 4 Substrate holder 6, 46 Substrate 10 Vacuum pump 22 Far infrared heater 24 Heater 40 Transfer chamber 43 Automatic transfer machine 44 Far infrared irradiation device 45 Substrate heating device

フロントページの続き Fターム(参考) 2H096 AA25 DA01 FA01 GB02 HA01 JA02 JA03 JA04 5F046 KA02 KA04 KA07 KA10 Continued on the front page F term (reference) 2H096 AA25 DA01 FA01 GB02 HA01 JA02 JA03 JA04 5F046 KA02 KA04 KA07 KA10

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板表面に形成された高分子材料層をベ
ーキング又は硬化のための加熱方法において、 前記基板及び高分子材料層に遠赤外線を照射することを
特徴とする加熱方法。
1. A heating method for baking or curing a polymer material layer formed on a substrate surface, wherein the substrate and the polymer material layer are irradiated with far-infrared rays.
【請求項2】 前記遠赤外線照射時における前記被加工
基板のまわりの圧力条件、照射時間、遠赤外線照射方
向、照射積算エネルギー、照射タイミングを組み合わせ
る請求項1に記載の加熱方法。
2. The heating method according to claim 1, wherein a pressure condition around the substrate to be processed at the time of the far-infrared irradiation, an irradiation time, a far-infrared irradiation direction, an integrated irradiation energy, and an irradiation timing are combined.
【請求項3】 前記ベーキングは、プリベーキング、ハ
ードニング前ベーキング、ハードニング後ベーキング及
びポストベーキングを含む加工工程内のあらゆるベーキ
ングのうちの少なくとも1つを含み、それぞれ必要に応
じてベーキング条件を設定する請求項1又は2に記載の
加熱方法。
3. The baking includes at least one of all baking in a processing step including pre-baking, baking before hardening, baking after hardening, and post-baking, and setting baking conditions as necessary. The heating method according to claim 1 or 2, wherein the heating is performed.
【請求項4】 前記基板は被加工基板で、前記高分子材
料層は感光性材料層であり、その感光性材料層は前記基
板表面に塗布されてパターン化されていないもの、又は
さらに所望の形状にパターニングされたものである請求
項1から3のいずれかに記載の加熱方法。
4. The substrate is a substrate to be processed, the polymer material layer is a photosensitive material layer, and the photosensitive material layer is applied to the substrate surface and is not patterned, or a desired material layer. The heating method according to any one of claims 1 to 3, wherein the heating method is patterned into a shape.
【請求項5】 前記遠赤外線は10μmから1000μ
mの波長をもつものである請求項1から4のいずれか記
載の加熱方法。
5. The method according to claim 1, wherein the far infrared ray is from 10 μm to 1000 μm.
The heating method according to any one of claims 1 to 4, wherein the heating method has a wavelength of m.
【請求項6】 前記圧力条件は750Torr以下1T
orr以上の減圧下である請求項2から5のいずれかに
記載の加熱方法。
6. The pressure condition is 750 Torr or less and 1 T.
The heating method according to claim 2, wherein the heating is performed under reduced pressure of orr or more.
【請求項7】 初めに前記基板を加熱ヒーター又は赤外
線ヒーターにて加熱し、その後遠赤外線を照射する請求
項2から6のいずれかに記載の加熱方法。
7. The heating method according to claim 2, wherein the substrate is first heated by a heater or an infrared heater, and then irradiated with far infrared rays.
【請求項8】 前記遠赤外線は、初めに照射強度を弱く
しておき、その後照射強度を強くする請求項2から7の
いずれかに記載の加熱方法。
8. The heating method according to claim 2, wherein the irradiation intensity of the far infrared rays is first reduced, and then the irradiation intensity is increased.
【請求項9】 前記遠赤外線の照射は、高分子材料中に
含まれる溶剤成分の除去速度又は除去量に応じて、照射
のタイミング、回数及び積算照射量を設定する請求項2
から8のいずれかに記載の加熱方法。
9. The irradiation of the far-infrared rays sets the timing, the number of times of irradiation, and the integrated irradiation amount according to the removal rate or the removal amount of the solvent component contained in the polymer material.
9. The heating method according to any one of items 1 to 8.
【請求項10】 前記高分子材料層は厚さが3μm以上
である請求項1から9のいずれかに記載の加熱方法。
10. The heating method according to claim 1, wherein the thickness of the polymer material layer is 3 μm or more.
【請求項11】 前記高分子材料層は前記基板よりも熱
伝導率の高い物質の層を介して前記基板表面に形成され
ている請求項1から10のいずれかに記載の加熱方法。
11. The heating method according to claim 1, wherein the polymer material layer is formed on the surface of the substrate via a layer of a substance having a higher thermal conductivity than the substrate.
【請求項12】 前記遠赤外線照射方向は、前記基板の
表面側と裏面側の両方向を含んでいる請求項2から11
のいずれかに記載の加熱方法。
12. The method according to claim 2, wherein the far-infrared irradiation direction includes both directions of the front side and the back side of the substrate.
The heating method according to any one of the above.
【請求項13】 表面に高分子材料層が形成された基板
を前記高分子材料層が上向きになるようにその基板の周
辺部で保持する基板保持機構と、 前記基板の上方及び下方に配置され、前記高分子材料層
を加熱させうる波長域の遠赤外線を前記基板上面側と前
記基板を通して下面側の両側から前記高分子材料層に照
射する遠赤外線照射機構と、 前記基板の下方に配置され、前記基板を介して前記高分
子材料層をヒーター加熱するための基板加熱機構と、 前記基板及び前記基板保持機構を収容し、前記遠赤外線
照射機構からの遠赤外線を入射させる入射窓を有し、排
気機構を備えて内部を減圧状態にする減圧容器とを備え
たことを特徴とする加熱装置。
13. A substrate holding mechanism for holding a substrate having a polymer material layer formed on its surface at a peripheral portion of the substrate so that the polymer material layer faces upward, and disposed above and below the substrate. A far-infrared irradiation mechanism for irradiating the polymer material layer with far-infrared rays in a wavelength range capable of heating the polymer material layer from both the lower surface side and the upper surface side of the substrate through the substrate; and A substrate heating mechanism for heating the polymer material layer through the substrate with a heater, and an entrance window that accommodates the substrate and the substrate holding mechanism and receives far infrared rays from the far infrared irradiation mechanism. And a decompression container provided with an exhaust mechanism to reduce the pressure inside.
【請求項14】 遠赤外線照射時における前記被加工基
板のまわりの圧力条件、照射時間、遠赤外線照射方向、
照射積算エネルギー及びタイミングを含む遠赤外線照射
照射条件を制御するコントローラを備えている請求項1
3に記載の加熱装置。
14. A pressure condition around the substrate to be processed at the time of far-infrared irradiation, irradiation time, far-infrared irradiation direction,
2. A controller for controlling irradiation conditions of far-infrared irradiation including irradiation integrated energy and timing.
4. The heating device according to 3.
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