JP2006055756A - レジスト塗布方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ワークに凹凸があっても、ピンホールの発生を防ぎながら、ほぼ均一な膜厚でレジストの塗布を行なうこと。
【解決手段】 ノズル1から気体と混合したレジスト微粒子を霧状に噴霧してワークWに塗布する。噴霧されるレジスト微粒子を運ぶ気流の速度を高速にし、ワークWに入射する前でのレイノルズ数Reが4300を超えるようにする。また粒子レイノルズ数Re’が0.27を超えるようにする。Re及びRe’は(v×d)/γで計算される。ここで、vはレジスト微粒子を運ぶ気流の速度(mm/秒)でN/π(L・tanθ)2 で計算される[Nは気体の流量(mm3 /秒)、Lはノズルからワークまでの距離(mm)、θは噴霧されるレジストの広がり角(°)]。またReの計算には上記dとして上記距離Lを用い、Re’の計算にはレジスト粒子径Dを用いる。またγは気体の動粘性係数(mm2 /秒)である。
【選択図】 図2
【解決手段】 ノズル1から気体と混合したレジスト微粒子を霧状に噴霧してワークWに塗布する。噴霧されるレジスト微粒子を運ぶ気流の速度を高速にし、ワークWに入射する前でのレイノルズ数Reが4300を超えるようにする。また粒子レイノルズ数Re’が0.27を超えるようにする。Re及びRe’は(v×d)/γで計算される。ここで、vはレジスト微粒子を運ぶ気流の速度(mm/秒)でN/π(L・tanθ)2 で計算される[Nは気体の流量(mm3 /秒)、Lはノズルからワークまでの距離(mm)、θは噴霧されるレジストの広がり角(°)]。またReの計算には上記dとして上記距離Lを用い、Re’の計算にはレジスト粒子径Dを用いる。またγは気体の動粘性係数(mm2 /秒)である。
【選択図】 図2
Description
本発明は、ワーク上にレジストを霧状に噴霧して塗布するスプレーコート(スプレーコーティング)と呼ばれるレジストの塗布方法に関し、特に表面に立体構造を持つワーク上にほぼ均一な膜厚で塗布を行なうことができるレジスト塗布方法に関するものである。
ウエハ等のワークに回路等のパターンを形成する露光工程においては、レジストの塗布、露光(リソグラフィ)、現像の順に工程が進む。
レジストの塗布方法として、スピンコーティングと呼ばれる方法が良く知られている。スピンコーティングとは、ウエハを高速で回転させ、その上にレジストを滴下する。レジストは遠心力により、ウエハの全面に行き渡る。レジストの粘度や表面張力と、ウエハの回転速度を制御することにより、ウエハ全面に所望の厚さのレジスト膜を形成できる。
この方法は、平面形状をもつサンプルに対しては非常に有効であるが、立体的な凹凸をもつサンプル上ではこれら2つの力の向きはサンプル形状に依存して釣り合わなくなる。 近年、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等の用途で、表面に微細な立体構造、即ち凹凸を有するワークに、凹凸の斜面や曲面上にもレジストを均一に塗布する要求が出てきた。
MEMSとは、IC製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称である。
この技術は、半導体で使われるシリコンウエハやガラス基板の上に、主に半導体の製造技術を用いて作る非常に微細な技術であり、一辺の大きさが1ミリメートル以下の微細な立体構造をもっている。
同技術を使うと、これまで不可能だった100万分の1メートル程度の大きさのセンサなどが作れるようになるといわれている。
レジストの塗布方法として、スピンコーティングと呼ばれる方法が良く知られている。スピンコーティングとは、ウエハを高速で回転させ、その上にレジストを滴下する。レジストは遠心力により、ウエハの全面に行き渡る。レジストの粘度や表面張力と、ウエハの回転速度を制御することにより、ウエハ全面に所望の厚さのレジスト膜を形成できる。
この方法は、平面形状をもつサンプルに対しては非常に有効であるが、立体的な凹凸をもつサンプル上ではこれら2つの力の向きはサンプル形状に依存して釣り合わなくなる。 近年、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等の用途で、表面に微細な立体構造、即ち凹凸を有するワークに、凹凸の斜面や曲面上にもレジストを均一に塗布する要求が出てきた。
MEMSとは、IC製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称である。
この技術は、半導体で使われるシリコンウエハやガラス基板の上に、主に半導体の製造技術を用いて作る非常に微細な技術であり、一辺の大きさが1ミリメートル以下の微細な立体構造をもっている。
同技術を使うと、これまで不可能だった100万分の1メートル程度の大きさのセンサなどが作れるようになるといわれている。
しかし、表面に微細な立体構造を有するワークに対しスピンコーティングを適用すると、凹凸の各部分、例えば、平面の部分、斜面の部分、直立した部分でレジストの膜厚が極端に違ってしまい、その後のリソグラフィを行なうことができない。
この問題を解決するレジスト塗布方法として、レジストを霧状に噴霧して塗布するスプレーコーティングが注目を浴びている。この方法を用いると、平面の部分、斜面の部分、直立した部分に均一な膜厚でレジストを塗布することができる。
スプレーコーティングについては、例えば特許文献1、非特許文献1などに開示されている。
例えば、特許文献1には、レジスト膜に含まれる微小な穴や膜厚の局所的な不均一を修正し、リソグラフィ加工への使用を可能とするために、立体構造を持つサンプル上にスプレーコーティングにより成膜した後に、一定時間おいて、サンプル上にレジスト剤の拡散移動を促す処置を施すことが記載されている。
また、非特許文献1には、二流体混合方式のスプレーノズルを用いて、レジストと気体を混ぜ、ノズルの微小なスリットや孔から、霧状のレジストをワークに向かって吹き付けることで、様々なワークに対応できる汎用性の高いレジスト成膜が可能となることが記載されている。
特開2003−236799号公報
佐々木実、熊川真一郎、羽根一博、「立体的マイクロマシニングのためのレジストスプレーコーティング」電気学会論文誌E,122巻5号、p235-243、平成14年5月1日
この問題を解決するレジスト塗布方法として、レジストを霧状に噴霧して塗布するスプレーコーティングが注目を浴びている。この方法を用いると、平面の部分、斜面の部分、直立した部分に均一な膜厚でレジストを塗布することができる。
スプレーコーティングについては、例えば特許文献1、非特許文献1などに開示されている。
例えば、特許文献1には、レジスト膜に含まれる微小な穴や膜厚の局所的な不均一を修正し、リソグラフィ加工への使用を可能とするために、立体構造を持つサンプル上にスプレーコーティングにより成膜した後に、一定時間おいて、サンプル上にレジスト剤の拡散移動を促す処置を施すことが記載されている。
また、非特許文献1には、二流体混合方式のスプレーノズルを用いて、レジストと気体を混ぜ、ノズルの微小なスリットや孔から、霧状のレジストをワークに向かって吹き付けることで、様々なワークに対応できる汎用性の高いレジスト成膜が可能となることが記載されている。
前記したスプレーコーティングを行なうと、ワークに凹凸があってもほぼ均一な膜厚で塗布を行なうことができる。しかし、凹部の底に塗布されたレジストに、微小な孔(ピンホール)が多数発生することがある。
上記ピンホールがあるままリソグラフィを行なうと、形成されるパターンの欠陥となるので、製品不良の原因となる。したがって、ピンホールが発生しないよう条件でレジストを塗布する必要がある。
スプレーコーティングする際に、膜厚を増やしてレジストの量を多くすれば、膜中に孔が生じる確率は減少するが、膜厚分布をもつレジスト膜のいたずらな厚膜化は最適な露光・現像条件の局所的変化となりオーバー露光の条件を使わざるをえず、パターン形状が歪んだり、解像度を落とす結果となる。
すなわち、薄くて欠陥の無いレジスト膜を用意することが基本的に重要である。逆に、薄くて欠陥の無いレジスト膜が得られれば用途に応じた厚膜化も可能である。
上記ピンホールがあるままリソグラフィを行なうと、形成されるパターンの欠陥となるので、製品不良の原因となる。したがって、ピンホールが発生しないよう条件でレジストを塗布する必要がある。
スプレーコーティングする際に、膜厚を増やしてレジストの量を多くすれば、膜中に孔が生じる確率は減少するが、膜厚分布をもつレジスト膜のいたずらな厚膜化は最適な露光・現像条件の局所的変化となりオーバー露光の条件を使わざるをえず、パターン形状が歪んだり、解像度を落とす結果となる。
すなわち、薄くて欠陥の無いレジスト膜を用意することが基本的に重要である。逆に、薄くて欠陥の無いレジスト膜が得られれば用途に応じた厚膜化も可能である。
ピンホールの生成される空間的な分布を調べると、スプレーの流れる方向にも依存している。前記特許文献1に記載されるように、サンプルをレジストの溶媒蒸気を含む雰囲気中に置いて、レジスト膜の表面拡散を使った膜改質の方法もあるが、この場合は凸部コーナーにおいてレジスト膜厚が薄くなるのと引き換えに、ピンホールを埋めることになる。表面拡散できる時間的な限界がある。
以上のように、スプレーコーティングによるレジストの塗布においては、凹部の底に塗布されたレジストに、ピンホールが多数発生することがある。しかし、現在までに、上記ピンホールが発生しないようにスプレーコーティングするための条件を明らかにしたデータは示されていなかった。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、ピンホールの発生を防ぎ、ワークに凹凸があってもほぼ均一な膜厚で塗布を行なうことができるレジスト塗布方法を提供することを目的とする。
以上のように、スプレーコーティングによるレジストの塗布においては、凹部の底に塗布されたレジストに、ピンホールが多数発生することがある。しかし、現在までに、上記ピンホールが発生しないようにスプレーコーティングするための条件を明らかにしたデータは示されていなかった。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、ピンホールの発生を防ぎ、ワークに凹凸があってもほぼ均一な膜厚で塗布を行なうことができるレジスト塗布方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために検討を重ねた結果、ワークに噴霧されるレジスト微粒子を運ぶ気流の速度を早くし、レイノルズ数を大きくすることにより、ピンホールの発生を防ぐことができることを見出した。
すなわち、以下のようにして、前記課題を解決する。
(1)ノズルから気体と混合したレジスト微粒子を気流に乗せ、霧状に噴霧してワークに塗布するレジストの塗布方法において、ワークに噴霧されるレジスト微粒子を運ぶ気流の速度を高速にし、ワークに達する時点でのレイノルズ数Reが4300を超えるようにして気流の乱流条件を利用する。
ここで、上記レイノルズ数Reは以下の式で計算される。
Re=(v×L)/γ
v=レジスト微粒子を運ぶ気流の速度(mm/秒)
v=N/π(L・tanθ)2
N:単位時間当たりのレジストを運ぶ気体の流量(mm3 /秒)
L:ノズルからワークまでの距離(mm)
θ:ノズルからの噴霧されるレジストの広がり角(°)
γ:20°Cでの動粘性係数(mm2 /秒)
ただし、ワークの温度は55°C以上、レジストの流量は20g/h以上、ワークのアスペクト比は0.22以下。
(2)上記(1)のレジスト塗布方法において、粒子レイノルズ数Re’が0.27を超えるようにし、レジスト微粒子に働く慣性力の効果を高める。
ここで、上記粒子レイノルズ数Re’は以下の式で計算される。
Re’=(v×D)/γ
v=レジスト微粒子を運ぶ気流の速度(mm/秒)
v=N/π(L・tanθ)2
N:単位時間当たりのレジストを運ぶ気体の流量(mm3 /秒)
D:レジスト粒子径(mm)
L:ノズルからワークまでの距離(mm)
θ:ノズルからの噴霧されるレジストの広がり角(°)
γ:20°Cでの動粘性係数(mm2 /秒)
ただし、ワークの温度は55°C以上、レジストの流量は20g/h以上、ワークのアスペクト比は0.22以下。
(3)ノズルから気体と混合したレジスト微粒子を気流に乗せ、霧状に噴霧してワークに塗布するレジストの塗布方法において、以下の計算式により計算される、ワークに噴霧されるレジスト微粒子を運ぶ気流の速度をv(mm/秒)が787mm/秒以上とする。
ここで、上記気流の速度v(mm/秒)は以下の式で計算される。
v=N/π(L・tanθ)2
N:単位時間当たりのレジストを運ぶ気体の流量(mm3 /秒)
L:ノズルからワークまでの距離(mm)
θ:ノズルからの噴霧されるレジストの広がり角(°)
ただし、ワークの温度は55°C以上、レジストの流量は20g/h以上。
すなわち、以下のようにして、前記課題を解決する。
(1)ノズルから気体と混合したレジスト微粒子を気流に乗せ、霧状に噴霧してワークに塗布するレジストの塗布方法において、ワークに噴霧されるレジスト微粒子を運ぶ気流の速度を高速にし、ワークに達する時点でのレイノルズ数Reが4300を超えるようにして気流の乱流条件を利用する。
ここで、上記レイノルズ数Reは以下の式で計算される。
Re=(v×L)/γ
v=レジスト微粒子を運ぶ気流の速度(mm/秒)
v=N/π(L・tanθ)2
N:単位時間当たりのレジストを運ぶ気体の流量(mm3 /秒)
L:ノズルからワークまでの距離(mm)
θ:ノズルからの噴霧されるレジストの広がり角(°)
γ:20°Cでの動粘性係数(mm2 /秒)
ただし、ワークの温度は55°C以上、レジストの流量は20g/h以上、ワークのアスペクト比は0.22以下。
(2)上記(1)のレジスト塗布方法において、粒子レイノルズ数Re’が0.27を超えるようにし、レジスト微粒子に働く慣性力の効果を高める。
ここで、上記粒子レイノルズ数Re’は以下の式で計算される。
Re’=(v×D)/γ
v=レジスト微粒子を運ぶ気流の速度(mm/秒)
v=N/π(L・tanθ)2
N:単位時間当たりのレジストを運ぶ気体の流量(mm3 /秒)
D:レジスト粒子径(mm)
L:ノズルからワークまでの距離(mm)
θ:ノズルからの噴霧されるレジストの広がり角(°)
γ:20°Cでの動粘性係数(mm2 /秒)
ただし、ワークの温度は55°C以上、レジストの流量は20g/h以上、ワークのアスペクト比は0.22以下。
(3)ノズルから気体と混合したレジスト微粒子を気流に乗せ、霧状に噴霧してワークに塗布するレジストの塗布方法において、以下の計算式により計算される、ワークに噴霧されるレジスト微粒子を運ぶ気流の速度をv(mm/秒)が787mm/秒以上とする。
ここで、上記気流の速度v(mm/秒)は以下の式で計算される。
v=N/π(L・tanθ)2
N:単位時間当たりのレジストを運ぶ気体の流量(mm3 /秒)
L:ノズルからワークまでの距離(mm)
θ:ノズルからの噴霧されるレジストの広がり角(°)
ただし、ワークの温度は55°C以上、レジストの流量は20g/h以上。
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
(1)ワークに噴霧されるレジスト微粒子を運ぶ気流の速度を早くし、ワークに入射する前でのレイノルズ数を大きくしたので、ワークに凹凸があってもほぼ均一な膜厚で塗布を行なうことができる。
(2)粒子レイノルズ数を大きくすることで、レジスト微粒子に働く慣性力の効果を高めることができ、凹部の底に発生するピンホールを防ぐことができる。
(1)ワークに噴霧されるレジスト微粒子を運ぶ気流の速度を早くし、ワークに入射する前でのレイノルズ数を大きくしたので、ワークに凹凸があってもほぼ均一な膜厚で塗布を行なうことができる。
(2)粒子レイノルズ数を大きくすることで、レジスト微粒子に働く慣性力の効果を高めることができ、凹部の底に発生するピンホールを防ぐことができる。
図1に本発明で用いたレジストスプレーコーティング装置の概略構成を示す。
ワークステージ10に対向してノズル1が設けられている。ノズル1は、二流体混合方式のスプレーノズルであり市販されているものを使用している。
ノズル1には、窒素ガスが供給される系と、レジストが供給される系が接続されている。ノズル1の先端には微小な孔(ホール)が設けられ、レジストは窒素ガス(圧縮エアーでも良い)と混合され、この孔から霧状で円錐形状に噴霧され、図2に示すように、ワークステージ10上に載置されたワークWに塗布される。
窒素ガス供給源8から供給される窒素ガスは、レギュレータ6により圧力が調整され、電磁弁7、管路Bを介してノズル1に供給される。
一方、レジストを供給する系は、窒素ガスが、レギュレータ5により圧力調整され、電磁弁4を介し、レジストを溜めたレジスト注入器2に接続されている。レジスト注入器2のレジストは、窒素ガスに押され、マスフローコントローラ3により流量を制御され管路Aを介してノズル1に供給される。
ワークステージ10に対向してノズル1が設けられている。ノズル1は、二流体混合方式のスプレーノズルであり市販されているものを使用している。
ノズル1には、窒素ガスが供給される系と、レジストが供給される系が接続されている。ノズル1の先端には微小な孔(ホール)が設けられ、レジストは窒素ガス(圧縮エアーでも良い)と混合され、この孔から霧状で円錐形状に噴霧され、図2に示すように、ワークステージ10上に載置されたワークWに塗布される。
窒素ガス供給源8から供給される窒素ガスは、レギュレータ6により圧力が調整され、電磁弁7、管路Bを介してノズル1に供給される。
一方、レジストを供給する系は、窒素ガスが、レギュレータ5により圧力調整され、電磁弁4を介し、レジストを溜めたレジスト注入器2に接続されている。レジスト注入器2のレジストは、窒素ガスに押され、マスフローコントローラ3により流量を制御され管路Aを介してノズル1に供給される。
レジストが塗布されるワークWは、図2に示したようにワークステージ10上に置かれる。ワークステージ10には、図1に示すようにXYZステージ12及びθステージ11が設けられ、ノズル1から噴霧されるレジストに対するワークWの位置、距離、角度を調整する。また、ワークステージ10には加熱手段であるヒータ(図示せず)が設けられ、ワークWを所望の温度に加熱することができる。
図2に示すように、ノズル1先端の孔から噴霧されたレジスト微粒子は、該微粒子を運ぶ気体(本実施例の場合は窒素ガス)によって、円錐形状に広がりながら運ばれ、数百μm程度の微小な段差(不図示)が形成されているワークWの表面に達し塗布される。
ワークWに塗布されなかったレジストは、フアン13によって排気ダクト14に引き込まれ、装置外に排気される。
図2に示すように、ノズル1先端の孔から噴霧されたレジスト微粒子は、該微粒子を運ぶ気体(本実施例の場合は窒素ガス)によって、円錐形状に広がりながら運ばれ、数百μm程度の微小な段差(不図示)が形成されているワークWの表面に達し塗布される。
ワークWに塗布されなかったレジストは、フアン13によって排気ダクト14に引き込まれ、装置外に排気される。
上記レジストスプレーコーティング装置を用い、以下のような実験を行った。
ワークWに噴霧されるレジスト微粒子を運ぶ気流の、ワークW表面(図2のa点)における速度を、ノズル1からワークWまでの距離L変えることにより変化させ、ワークW表面に形成された、凹部の底に生じるピンホールの有無を確認した。
表1にその結果を示す。表1には、各実験条件における、ワークに達する時点でのレイノルズ数Reと、粒子レイノルズ数Re’を合わせて示す。
また、図3に上記実験結果をグラフ上にプロットした結果を示す。同図の横軸はアスペクト比、縦軸はピンホール密度(個/mm2 )であり、レジスト微粒子を運ぶ気流の速度をパラメータとして、グラフ上にプロットしたものである。
上記実験結果から、アスペクト比0.22以下のとき、ワークに達する時点でのレイノルズ数Reが少なくとも4300を超えるようにすれば、ピンホールの発生を防止することができることがわかった。また、表面に立体構造を持つワークであっても、粒子レイノルズ数Re' が少なくとも0.27を超えるようにすれば、ピンホールの発生を防止することができる。
また、ワークWに達する時点でのレジスト微粒子を運ぶ気流速度を787(mm/秒)以上とすれば、アスペクト比が大きくなっても、ピンホールの発生を防止することができることがわかった。
ワークWに噴霧されるレジスト微粒子を運ぶ気流の、ワークW表面(図2のa点)における速度を、ノズル1からワークWまでの距離L変えることにより変化させ、ワークW表面に形成された、凹部の底に生じるピンホールの有無を確認した。
表1にその結果を示す。表1には、各実験条件における、ワークに達する時点でのレイノルズ数Reと、粒子レイノルズ数Re’を合わせて示す。
また、図3に上記実験結果をグラフ上にプロットした結果を示す。同図の横軸はアスペクト比、縦軸はピンホール密度(個/mm2 )であり、レジスト微粒子を運ぶ気流の速度をパラメータとして、グラフ上にプロットしたものである。
上記実験結果から、アスペクト比0.22以下のとき、ワークに達する時点でのレイノルズ数Reが少なくとも4300を超えるようにすれば、ピンホールの発生を防止することができることがわかった。また、表面に立体構造を持つワークであっても、粒子レイノルズ数Re' が少なくとも0.27を超えるようにすれば、ピンホールの発生を防止することができる。
また、ワークWに達する時点でのレジスト微粒子を運ぶ気流速度を787(mm/秒)以上とすれば、アスペクト比が大きくなっても、ピンホールの発生を防止することができることがわかった。
次に、図4を用いて、上記レイノルズ数Reと粒子レイノルズ数Re’について説明する。
ここでいうレイノルズ数Reとは、レジスト微粒子がワークに形成された凹凸(立体構造)の凸部最上面に達する時点でのレイノルズ数である。具体的には、レイノルズ数を求める計算式中の長さをノズルからワーク表面(凸部最上面)までの長さで計算した値である。
一方、粒子レイノルズ数Re’とは、レジスト微粒子のレイノルズ数で、具体的には、上記式中の長さをレジスト粒子径としたもので計算した値である。
なお、レジスト微粒子を運ぶ気流の速度の計算方法およびレイノルズ数Reおよび粒子レイノルズ数Re’の計算方法については後述する。
ここで、アスペクト比とは、図5に示すように、ワークWの凹部の長さQに対する凸部の高さPのことであり、P/Qで示される。凸部の高さが同じである場合、凹部の長さが短いほどアスペクト比が大きくなる。
ここでいうレイノルズ数Reとは、レジスト微粒子がワークに形成された凹凸(立体構造)の凸部最上面に達する時点でのレイノルズ数である。具体的には、レイノルズ数を求める計算式中の長さをノズルからワーク表面(凸部最上面)までの長さで計算した値である。
一方、粒子レイノルズ数Re’とは、レジスト微粒子のレイノルズ数で、具体的には、上記式中の長さをレジスト粒子径としたもので計算した値である。
なお、レジスト微粒子を運ぶ気流の速度の計算方法およびレイノルズ数Reおよび粒子レイノルズ数Re’の計算方法については後述する。
ここで、アスペクト比とは、図5に示すように、ワークWの凹部の長さQに対する凸部の高さPのことであり、P/Qで示される。凸部の高さが同じである場合、凹部の長さが短いほどアスペクト比が大きくなる。
ピンホールの状態の評価方法については、ワークWの凹部の底に塗布されたレジストを、450倍〜1000倍の光学顕微鏡で観察し、ピンホールが観察された場合は有、観察されなかった場合を無としたが、特定のサンプルについては1mm2 あたりのおよその個数(ピンホール密度)を測定した。
本実験における他の条件は次の通りである。
(i) レジストの流量=26g/h。
図1のマスフローコントローラ3の値、すなわち図1中の管路A(図1の矢印で示すFa )の流量である。なおこの時のレジスト注入圧力=0.25Mpaとしたが、この圧力は変化させてもレジスト流量に影響しない。
(ii)レジストの微粒子を運ぶ気体の流量=7. 5×105 mm3 /秒。
図1中の管路B(図1中の矢印で示すFb)の流量である。
(iii) 噴霧圧力=0.45Mpa。
ノズル内でレジストと混合する窒素ガスの圧力であり、図1中矢印で示すFbの圧力である。
(vi)ノズル1からのレジストの広がり角9°。
(v) ワークWの温度=60°C。
(vi)ワークWを走査しながら塗布する時のワークWの移動速度=1.5mm/秒。
(vii) レジストの重ね塗り回数=2回。
本実験における他の条件は次の通りである。
(i) レジストの流量=26g/h。
図1のマスフローコントローラ3の値、すなわち図1中の管路A(図1の矢印で示すFa )の流量である。なおこの時のレジスト注入圧力=0.25Mpaとしたが、この圧力は変化させてもレジスト流量に影響しない。
(ii)レジストの微粒子を運ぶ気体の流量=7. 5×105 mm3 /秒。
図1中の管路B(図1中の矢印で示すFb)の流量である。
(iii) 噴霧圧力=0.45Mpa。
ノズル内でレジストと混合する窒素ガスの圧力であり、図1中矢印で示すFbの圧力である。
(vi)ノズル1からのレジストの広がり角9°。
(v) ワークWの温度=60°C。
(vi)ワークWを走査しながら塗布する時のワークWの移動速度=1.5mm/秒。
(vii) レジストの重ね塗り回数=2回。
次に前記したレジスト微粒子を運ぶ気流の速度の計算方法及びレジスト微粒子を運ぶ気流のレイノルズ数の計算方法について説明する。
(i)レジスト微粒子を運ぶ気流の速度vの計算
図6を用いてレジスト微粒子を運ぶ気流の速度の計算方法について説明する。
前記したように、レジストはノズル1の孔から円錐形状に広がって噴霧される。このとき、ノズル1からのレジストの広がり角をθ、ノズル1の孔からワークまでの距離をLとし、レジストの微粒子を運ぶ気体の流量をNとすると、ワーク面a点でのレジスト微粒子を運ぶ気流の速度vは、流量と面積と速度の関係を示す以下の式から求められる。
Q=Av
なお、Q:流量、A:面積、v:速度である。
ここで、Q=N、A=πr2 =π(L・tanθ)2 であるので、レジスト微粒子を運ぶ気流の速度vは以下の式(A)で計算される。
v=N/π(L・tanθ)2 ・・・・式A
本実施例においては、レジストの微粒子を運ぶ気体の流量N=7.5×105 mm3 /秒、レジストの広がり角θ=9°であるので、v=7.5×105 mm3 /秒/π(L・tan9°)となり、ノズルの孔からワークまでの距離例えば、L=187mmの時、v=273mm/秒となる。
同様に、L=158mmの時、v=383mm/秒、L=146mmの時、v=447mm/秒、L=110mmの時、v=787mm/秒となる。
(i)レジスト微粒子を運ぶ気流の速度vの計算
図6を用いてレジスト微粒子を運ぶ気流の速度の計算方法について説明する。
前記したように、レジストはノズル1の孔から円錐形状に広がって噴霧される。このとき、ノズル1からのレジストの広がり角をθ、ノズル1の孔からワークまでの距離をLとし、レジストの微粒子を運ぶ気体の流量をNとすると、ワーク面a点でのレジスト微粒子を運ぶ気流の速度vは、流量と面積と速度の関係を示す以下の式から求められる。
Q=Av
なお、Q:流量、A:面積、v:速度である。
ここで、Q=N、A=πr2 =π(L・tanθ)2 であるので、レジスト微粒子を運ぶ気流の速度vは以下の式(A)で計算される。
v=N/π(L・tanθ)2 ・・・・式A
本実施例においては、レジストの微粒子を運ぶ気体の流量N=7.5×105 mm3 /秒、レジストの広がり角θ=9°であるので、v=7.5×105 mm3 /秒/π(L・tan9°)となり、ノズルの孔からワークまでの距離例えば、L=187mmの時、v=273mm/秒となる。
同様に、L=158mmの時、v=383mm/秒、L=146mmの時、v=447mm/秒、L=110mmの時、v=787mm/秒となる。
(ii)レジスト微粒子を運ぶ気流のレイノルズ数Reの計算
レイノルズ数は一般に次の式で表される。
Re=(v×d)/γ
ここで、v:速度、d:長さ、γ:動粘性係数である。
したがって、ワークWに入射する前でのレイノルズ数Reは、vとして上記式Aで計算したレジスト微粒子を運ぶ気流の速度vを用い、dとしてノズル1からワークWまでの距離Lを用い、γとして窒素ガスの動粘性係数を用いることで計算することができる。
ここで、前記したように、ワークに達する時点でのレイノルズ数Reは、レジスト微粒子がワークWに形成された凹凸(立体構造)の凸部最上面に達する時点でのレイノルズ数であるので、「長さd」にはノズル1からワークWまでの距離Lを使う。また、窒素の動粘性係数γ(20°Cのとき)は14.1(mm2 /秒)である。
レイノルズ数は一般に次の式で表される。
Re=(v×d)/γ
ここで、v:速度、d:長さ、γ:動粘性係数である。
したがって、ワークWに入射する前でのレイノルズ数Reは、vとして上記式Aで計算したレジスト微粒子を運ぶ気流の速度vを用い、dとしてノズル1からワークWまでの距離Lを用い、γとして窒素ガスの動粘性係数を用いることで計算することができる。
ここで、前記したように、ワークに達する時点でのレイノルズ数Reは、レジスト微粒子がワークWに形成された凹凸(立体構造)の凸部最上面に達する時点でのレイノルズ数であるので、「長さd」にはノズル1からワークWまでの距離Lを使う。また、窒素の動粘性係数γ(20°Cのとき)は14.1(mm2 /秒)である。
(iii) 粒子レイノルズ数Re’の計算
粒子レイノルズ数Re’は、式Re=(v×d)/γにおいて、長さdとしてレジスト粒子径Dを用い、vとして上記式Aで計算したレジスト微粒子を運ぶ気流の速度vを用い、γとして窒素ガスの動粘性係数を用いることで計算することができる。
粒子レイノルズ数Re’の計算に用いる上記レジスト粒子径Dは、ここでは10μmとしており、窒素の動粘性係数γ(20°Cのとき)は14.1(mm2 /秒)である。
粒子レイノルズ数Re’は、式Re=(v×d)/γにおいて、長さdとしてレジスト粒子径Dを用い、vとして上記式Aで計算したレジスト微粒子を運ぶ気流の速度vを用い、γとして窒素ガスの動粘性係数を用いることで計算することができる。
粒子レイノルズ数Re’の計算に用いる上記レジスト粒子径Dは、ここでは10μmとしており、窒素の動粘性係数γ(20°Cのとき)は14.1(mm2 /秒)である。
次に前記条件を変えて実験を行った。
(1)他の条件での実験:その1
レジスト微粒子を運ぶ気流の速度vを787mm/秒に固定し、ワークWの温度を変化させてレジストを塗布し、ピンホール発生の有無を評価した。なお、他の条件は上記実施例と同じである。
その結果、ワークの温度が25°C,35°C,45°Cではピンホールが発生し、55°Cでは発生しなかった。
上記実施例ではワーク温度が60°Cの時ピンホールが発生しなかったことも考え合わせると、レジスト塗布時のワークの温度は55°C以上である必要がある。
(2)他の条件での実験:その2
レジスト微粒子を運ぶ気流の速度vを787mm/秒に固定し、また、他の条件も上記実施例と同じ条件とし、レジストの流量(マスフローコントローラ3の値)を26g/ hから下げていき、ピンホール発生の有無を評価した。
その結果、レジストの流量を20g/hに下げてもピンホールの発生はなかったが、15g/hにまで下げるとピンホールが発生した。また10g/hでもピンホールが発生した。
以上より、ピンホールを発生させないためには、レジストの流量(マスフローコントローラの値)を20g/h以上とする必要がある。
(1)他の条件での実験:その1
レジスト微粒子を運ぶ気流の速度vを787mm/秒に固定し、ワークWの温度を変化させてレジストを塗布し、ピンホール発生の有無を評価した。なお、他の条件は上記実施例と同じである。
その結果、ワークの温度が25°C,35°C,45°Cではピンホールが発生し、55°Cでは発生しなかった。
上記実施例ではワーク温度が60°Cの時ピンホールが発生しなかったことも考え合わせると、レジスト塗布時のワークの温度は55°C以上である必要がある。
(2)他の条件での実験:その2
レジスト微粒子を運ぶ気流の速度vを787mm/秒に固定し、また、他の条件も上記実施例と同じ条件とし、レジストの流量(マスフローコントローラ3の値)を26g/ hから下げていき、ピンホール発生の有無を評価した。
その結果、レジストの流量を20g/hに下げてもピンホールの発生はなかったが、15g/hにまで下げるとピンホールが発生した。また10g/hでもピンホールが発生した。
以上より、ピンホールを発生させないためには、レジストの流量(マスフローコントローラの値)を20g/h以上とする必要がある。
(3)他の条件での実験:その3
上記例においては、レジストの微粒子を運ぶ気体の流量N=7.5×105 mm3 /秒を得るために、噴霧圧力(ノズル内でレジストと混合する窒素ガスの圧力)を0.45Mpaに設定している。ここで、噴霧圧力を変化させることによる、レジストの流量への影響を調べた。
その結果、噴霧圧力を0.3Mpaに下げると流量Nは5.5×105 mm3 /秒に低下し、さらに噴霧圧力を0.2Mpaに下げると流量Nは4.4×105 mm3 /秒に低下した。即ち、噴霧圧力を低くするとレジストの微粒子を運ぶ気体の流量Nも小さくなることがわかった。
流量Nが小さくなると、前記式(A)よりレジスト微粒子を運ぶ気流の速度vも小さくなるので、ピンホールの発生しない速度vを得るためには、ノズル1からワークWまでの距離Lを短くするか、ノズル1からの広がり角θを小さくする必要がある。
上記例においては、レジストの微粒子を運ぶ気体の流量N=7.5×105 mm3 /秒を得るために、噴霧圧力(ノズル内でレジストと混合する窒素ガスの圧力)を0.45Mpaに設定している。ここで、噴霧圧力を変化させることによる、レジストの流量への影響を調べた。
その結果、噴霧圧力を0.3Mpaに下げると流量Nは5.5×105 mm3 /秒に低下し、さらに噴霧圧力を0.2Mpaに下げると流量Nは4.4×105 mm3 /秒に低下した。即ち、噴霧圧力を低くするとレジストの微粒子を運ぶ気体の流量Nも小さくなることがわかった。
流量Nが小さくなると、前記式(A)よりレジスト微粒子を運ぶ気流の速度vも小さくなるので、ピンホールの発生しない速度vを得るためには、ノズル1からワークWまでの距離Lを短くするか、ノズル1からの広がり角θを小さくする必要がある。
1 ノズル
2 レジスト注入器
3 マスフローコントローラ
4,7 電磁弁
5,6 レギュレータ
8 窒素ガス供給源
10 ワークステージ
11 θステージ
12 XYZステージ
13 ファン
14 排気ダクト
2 レジスト注入器
3 マスフローコントローラ
4,7 電磁弁
5,6 レギュレータ
8 窒素ガス供給源
10 ワークステージ
11 θステージ
12 XYZステージ
13 ファン
14 排気ダクト
Claims (3)
- ノズルから気体と混合したレジスト微粒子を気流に乗せ、霧状に噴霧してワークに塗布するレジストの塗布方法において、
ワークに噴霧されるレジスト微粒子を運ぶ気流の速度が高速であり、以下の計算式により計算される、ワークに達する時点でのレイノルズ数Reが4300を超えるようにしたことを特徴とするレジスト塗布方法。
Re=(v×L)/γ
v=レジスト微粒子を運ぶ気流の速度(mm/秒)
v=N/π(L・tanθ)2
N:単位時間当たりのレジストを運ぶ気体の流量(mm3 /秒)
L:ノズルからワークまでの距離(mm)
θ:ノズルからの噴霧されるレジストの広がり角(°)
γ:20℃での動粘性係数(mm2 /秒)
ただし、ワークの温度は55°C以上、レジストの流量は20g/h以上。 - ノズルから気体と混合したレジスト微粒子を気流に乗せ、霧状に噴霧してワークに塗布する請求項1記載のレジストの塗布方法において、
以下の計算式により計算される、粒子レイノルズ数Re’が0.27を超えるようにした
ことを特徴とするレジスト塗布方法。
Re’=(v×D)/γ
v=レジスト微粒子を運ぶ気流の速度(mm/秒)
v=N/π(L・tanθ)2
N:単位時間当たりのレジストを運ぶ気体の流量(mm3 /秒)
L:ノズルからワークまでの距離(mm)
D:レジスト粒子径(mm)
θ:ノズルからの噴霧されるレジストの広がり角(°)
γ:20°Cでの動粘性係数(mm2 /秒)
ただし、ワークの温度は55°C以上、レジストの流量は20g/h以上。 - ノズルから気体と混合したレジスト微粒子を気流に乗せ、霧状に噴霧してワークに塗布するレジストの塗布方法において、
以下の計算式により計算される、ワークに噴霧されるレジスト微粒子を運ぶ気流の速度がv(mm/秒)が787mm/秒以上である、
ことを特徴とするレジスト塗布方法。
v=N/π(L・tanθ)2
N:単位時間当たりのレジストを運ぶ気体の流量(mm3 /秒)
L:ノズルからワークまでの距離(mm)
θ:ノズルからの噴霧されるレジストの広がり角(°)
ただし、ワークの温度は55°C以上、レジストの流量は20g/h以上。
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-
2004
- 2004-08-20 JP JP2004240574A patent/JP2006055756A/ja active Pending
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