JP2007260895A - マイクロ構造および／またはナノ構造の構造基板をコーティングするための装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、マイクロ構造および／またはナノ構造の構造基板をコーティングするための装置と方法を提案し、それらを使ってコーティング物質による構造基板の構造化された表面の均一なコーティングを可能にするという目的に基づいている。
【解決手段】本発明は、マイクロ構造および／またはナノ構造の構造基板（８）を
コーティングするための装置（１）と方法に関連する。本発明によれば、コーティングは真空チャンバ（３）で行なわれる。真空チャンバ（３）の圧力レベルは、コーティング物質による真空チャンバ（３）の充填の際にまたはその後に高められる。
【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロ構造および／またはナノ構造の構造基板をコーティングするための装置と方法に関する。

ＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）、ＭＯＥＭＳ（マイクロ光学電気機械システム）、およびＮＥＭＳ（ナノ電気機械システム）は、構造基板上に機械的および光学的素子、センサ、アクチュエータ、並びに電子回路を組み合わせたものである。さらに、ＭＥＭＳおよびＮＥＭＳは、光学的、化学的、および／または生物学的部品を含むことができる。ＭＥＭＳおよびＮＥＭＳを製造するために、構造基板、特にウェハ、好ましくは半導体材料および／またはモールド可能なプラスチックから作られたものの表面にコーティング（被覆）を提供することが通常必要である。通常、さらなる方法ステップにおけるリソグラフィ構造を転写するために、フォトレジストがその目的に使われる。

このタイプのマイクロ構造および／またはナノ構造の構造基板をコーティングすることは困難であることが示されてきた。比較的平らな表面を持つウェハが使われるような半導体産業とは対照的に、ＭＥＭＳ／ＭＯＥＭＳおよびＮＥＭＳのマイクロ構造および／またはナノ構造の構造基板は比較的厚い構造基板である。これらの厚い構造は湿式または乾燥エッチング、エンボス（浮き彫り）加工、またはモールディングを通して生成され、非常に様々な形状、非常に様々な奥行きと側面形態を持つことができる。構造基板の構造はしばしば急勾配な側面を持ち、しばしば垂直な側壁さえ持つ。現在では、約３００μｍの深さと約１００μｍの上部の開口の幅または直径と、７０°に達する側壁の勾配角とを持ったピットおよび／またはホールを備えたくぼみが、均一に上塗り仕上げされるのが通常である。スピンラッカーリング(spin lacquering)、フォトレジストフィルムの塗布、あるいは浸漬ラッカーリング(immersion lacquering)のような表面コーティングのために半導体産業において知られている方法は、コーティング物質がくぼみの底部まで貫通しない可能性があるので、適当ではない。現在では、スプレー法によって構造基板をコーティングするのが典型的である。この目的のために、コーティング物質ミスト（霧）の微細ミストが、標準大気圧下でスプレーノズルを使って構造基板表面に塗布され、そのスプレーミストが空気／酸素または窒素（Ｎ_２）を使って向きを変えられる。この場合、表面張力のためにコーティング物質の小滴がくぼみの狭い開口を閉じ、くぼみのすべての側壁と底面を濡らさないという問題がしばしば起こる。さらに、粉末コーティング法と同様に、静電気帯電によって標準圧力下で構造基板にスプレーミストを塗布することが知られている。しかしながら、この場合に必要とされる高い電圧は構造基板の敏感な構造物および／または回路を破壊しうる。

本発明は、マイクロ構造および／またはナノ構造の構造基板をコーティングするための装置と方法を提案し、それらを使ってコーティング物質による構造基板の構造化された表面の均一なコーティングを可能にするという目的に基づいている。

この目的は、請求項１の特徴による装置に従って達成され、また請求項９の特徴による装置に従って達成される。

本発明の有利な発展は従属請求項において示される。

本発明は、真空チャンバ内の運搬ユニット上に構造基板を置くという考えに基づいている。コーティング物質は、真空チャンバが真空引きされる前、および／または、その間、および／または、その後に、真空チャンバに導入される。部分的な真空を真空チャンバに適用することによって、空気は表面構造、すなわち構造基板のくぼみから吸引される。真空チャンバの圧力レベルは、好ましくはすぐに、真空チャンバ内へのコーティング物質の導入の間および／または後にさえ、増加される。このようにして、コーティング物質は構造基板のくぼみの中に運搬され／引き込まれ、そのことを通じて非常に深いく狭いくぼみでさえも均一にコーティングされる。フォトレジストが、好ましくはコーティング物質として使われる。しかしながら、表面活性剤、溶剤、付着力促進剤、またはその他の化学物質のような、他のコーティング物質で構造基板をコーティングすることもできる。好ましくは異なるコーティング物質を使って複数回連続して構造基板を処理またはコーティングすることは、本発明の範囲内である。

真空チャンバ内にコーティング物質を導入するための種々の可能性が存在する。特に単純な変形によれば、コーティング物質は入口ラインを通して液体の状態で真空チャンバに導入される。しかしながら、例えば真空チャンバ内でコーティング物質を霧化することは均一なコーティングを達成するために一層有利である。この目的のために、スプレーノズル、アトマイザーノズル、および／または超音波アトマイザーを使うことができる。コーティング物質ミストが微細になればなるほど、それだけ結果としてのコーティングは均一になる。

真空チャンバの圧力レベルを高める前に、特に運搬ユニットの加熱素子の支援により構造基板を加熱するのが有利であることが示された。

コーティング物質が導入される前、および／またはその間に、特に運搬ユニットの冷却要素を使って構造基板が再び冷却されるならば、最適の結果が達成される。このようにして、構造基板のくぼみにおけるコーティング物質ミストの凝縮が支援（サポート）される。異なった温度プロフィールおよび曲線を加熱および／または冷却要素の支援によって実行することができ、それを通じてコーティング結果は異なった構造基板またはコーティング物質に対して影響を与えることができる。

さらにまたはその代わりに、構造基板の表面上へのコーティング物質の最適な分布を確実にするために、コーティング物質が導入される間、またはその後に、好ましくは運搬ユニットを使って構造基板を回転状態に設定することが想定可能である。

好ましい実施の態様によれば、真空チャンバの真空引き後の圧力上昇は、コーティング物質の導入と同時に、および／または、コーティング物質の導入に起因して行なわれる。

好ましい実施の態様によれば、真空チャンバに加えて霧化チャンバが提供され、それは、少なくとも１つの接続ラインを介して真空チャンバに接続される。霧化チャンバ内には霧化手段、特に少なくとも１つのノズルおよび／または他のコーティング物質を霧化するための適切な霧化装置が提供される。霧化手段の支援により、コーティング物質は霧化チャンバ内で霧化される。この場合、霧化チャンバの圧力レベルは真空引きした真空チャンバの圧力レベルより高い。霧化チャンバ内での霧化プロセスの間、または後にさえ、霧化チャンバと真空チャンバの間の少なくとも１つの接続ラインが開かれ、それを通じてコーティング物質ミストは、余分な圧力で霧化チャンバから真空チャンバへとすぐに流れ、それを通じて順にコーティング物質ミストは構造基板のくぼみに運搬され／引き込まれ、そして側壁と底面に均一に付着する。

もし、コーティング物質またはコーティング物質ミストが、真空チャンバに導入される前に霧化チャンバ内で加熱されるならば、最適の結果が達成される。

好ましくは、少なくとも１つの接続ラインは、霧化チャンバ内に好ましいコーティング物質濃度が存在するようになった後にのみ開かれる。霧化チャンバ内のコーティング物質濃度を、好ましくは光学的または化学的センサを通じて監視することが想定可能である。しかしながら、単純な実施の態様によれば、霧化チャンバは、真空チャンバへの接続の前に所定の時間間隔にわたってコーティング物質で充填することができる。

発展型では、霧化チャンバは変更できる体積を持って実装される。霧化チャンバは、好ましくは、不動の霧化チャンバに、折り畳んだベローズを介して接続された床板を備える。このようにして、霧化チャンバ内のコーティング物質ミストの濃度に影響を与え、また霧化チャンバの体積変化によって霧化チャンバ内の圧力レベルに影響を与えることができる。

霧化チャンバは、余分のコーティング物質を排出できるようにするための排液口をも、好都合に有している。

特に異なったコーティング物質を使って、連続して複数のコーティング手順を行なうことが想定可能である。

さらなる利点と好都合な実施形態は、さらなる請求項、図面の説明、および図面から推定することができる。

図面においては、同一の部品、および同一の機能を持っている部品には、同一の参照符号を付した。

図１は、マイクロ構造および／またはナノ構造の構造基板８、ここではシリコンウェハ、をコーティングするための装置１を示す。構造基板８は、図の平面内で上向きに示した面においてくぼみを持った構成を有しており、そのくぼみは、ＭＥＭＳに対して約１００μｍから４００μｍの深さを持っている。これらのくぼみの開口の幅または直径は、ＭＥＭＳに対しては、２００μｍから１００μｍの範囲内か、それより小さい。そのため、少なくともいくつかのくぼみにおいて、開口はその深さよりもかなり小さな寸法である。装置１を使えば、構造基板８の表面構造、特にくぼみの中を、均一にコーティングすることができる。ＮＥＭＳに対しては、くぼみは、例えば２０ｎｍの幅と４０ｎｍの深さを持つ。

構造基板８は真空チャンバ３内の運搬ユニット９（チャック）上に固定される。構造基板８を運搬ユニット９上に固定するために、真空グルーブ１０が提供される。真空グルーブ１０に真空を適用することによって、構造基板８の底面が運搬ユニット９の方に吸引される。真空チャンバ９に構造基板８を装填するために、開閉可能なフラップ７が提供される。

運搬ユニット９は、運搬ユニット９、従って構造基板８を加熱および冷却するために、一体化加熱冷却要素１１を有している。一体化加熱冷却要素１１の支援によって、非常に変化に富んだ温度プロフィールおよび／または曲線を実行することができる。

運搬ユニット９は、モーター１２を使って、構造基板８の固定面内で回転でき、それを通じて、コーティング物質がアトマイズ(atomize：噴霧化)形態で適用されなかった場合にも、そのコーティング物質の均一な分布を達成することができる。

真空チャンバ３をコーティング物質で充填するために霧化スプレーノズル１４が提供され、何らかのタイプのアトマイザーノズルがノズルとして提供できる。このノズルは、コーティングされる構造基板８の表面の上方に直接位置する。

真空チャンバ３に部分的な真空を適用するために、すなわち真空チャンバ３からの真空引きをするために、真空チャンバ３は真空ライン１３を介して真空システム（図示せず）に接続される。

さらに、遮断弁６をそれぞれ持っている２つの離隔された接続ライン５が真空チャンバ３の床に提供される。遮断弁６が開になると、接続ライン５が、真空チャンバ３を、真空引きした真空チャンバ３の圧力レベルより高い圧力レベル、好ましくは大気圧または圧力手段が蓄える余分の圧力に接続する。

構造基板８は以下の方法でコーティングされる：
ロボットを使って開にしたフラップ７を介して構造基板８が運搬要素９上に置かれる。構造基板８が固定され、真空グルーブ１０に真空が適用された後、真空チャンバ３がフラップ７を使って閉じられる。その時、遮断弁６も閉じられる。さて、構造基板８に、霧化スプレーノズル１４によってコーティング物質、好ましくは表面活性剤、溶剤、またはフォトレジストがスプレーされる。使われるコーティング物質は構造基板８の表面組成とピットまたはホールの構造に応じて工程に特定される。さらなる手順において、運搬ユニット９を、加熱冷却要素１１を使って、ここで加熱することができる。運搬ユニット９、従って構造基板８の加熱の際にさえも、真空チャンバ３は真空ライン１３を介して真空引きされる。所定時間後、運搬ユニット９は加熱冷却要素１１を使って冷却される。その後、遮断弁６が開かれ、それを通じて余分の圧力が真空チャンバ３内へとすぐに流れ、霧化コーティング物質を構造基板８のくぼみに押し込め、それにより均一なコーティングを確実にする。

真空引きの後のみ、またはその間にさえも、スプレーノズル１４を介して真空チャンバ３をコーティング物質で充填することも実行可能／可能である。真空引きの後に充填することは、充填の間に真空ライン１３を通ってコーティング物質が吸引されることがないという利点を有している。コーティング物質による充填の間、またはその後に、遮断弁６を既に開くことができる。遮断弁６を開く前に、工程に特定された温度プロフィールを実行することができ、コーティング物質の一貫性の変化、および／または、流動学的な特性が達成される。

図２に示した模範的な実施形態では、真空チャンバ３に加えて霧化チャンバ２が提供される。運搬ユニット９を有する真空チャンバ３の構成は、本質的に図１に示した構造に対応している。この実施形態では、図２に示したスプレーノズル１４は、コーティング物質での充填が専ら霧化チャンバ２によって行なわれるように、省くこともできる。

真空チャンバ３の床と構造基板８の間に中間チャンバ４が形成されるように、中間の壁が挿入され、そこには、運搬ユニット９のモーター１２が位置している。中間チャンバ４の圧力レベルは真空チャンバ３の圧力レベルに対応する。中間チャンバ４は大気圧で動作することもできる。そしてモーター１２のシャフトは、真空チャンバ３と中間チャンバ４の間の移行領域でシールされる。

図１における模範的な実施形態と対照的に、遮断弁６を持った接続ライン５は、真空チャンバ３を周囲環境には接続せず、むしろ霧化チャンバ２に接続する。

加熱要素１５は、霧化チャンバ２を加熱することができるように霧化チャンバ２の上の領域に位置している。周辺のステップ１６は加熱要素１５の下に位置しており、霧化チャンバ２内部に放射状に延在している。霧化チャンバ２の床板１８は、周囲で閉じられた折り畳み式のベローズ１７によってステップ１６に接続されている。霧化チャンバ２の体積は、アクチュエータ１９により、折り畳み式のベローズ１７が調整手順の際に折り畳まれたり離れたりすることで、収縮したり拡張したりすることができる。スプレーノズル２０が床板１８に位置しており、霧化チャンバ２をコーティング物質で充填させる。コーティング物質、好ましくはフォトレジスト、溶剤、または他の化学物質を、フレキシブル接続ライン２１とアダプター２２とを介して霧化チャンバに供給することができる。スプレーノズル２０は、コーティング物質をアトマイズするのに使われ、それを通して霧化チャンバ２の空間がコーティング物質ミストで充填可能である。

さらに、床板１８内に開口が提供され、フレキシブル排液ライン２３に接続される。これを介して、余分の液体、特に霧化チャンバ２に蓄積したコーティング物質を除去することができる。

図２に示した装置１における構造基板８のコーティングは以下の方法で行なわれる：
半導体基板またはモールドされたプラスチックまたはガラス基板から作られた構造基板８、ここではシリコンから作られたウェハが、フラップ７を介して運搬ユニット９上に置かれ、そして真空グルーブ１０を使って固定される。ここで構造基板８には、任意選択で、スプレーノズル１４により化学物質、好ましくはコーティング物質をスプレーすることができる。好ましくは、構造基板８は、表面活性化物質、溶剤、またはフォトレジストをスプレーされる。任意選択によるスプレー手順の後、真空チャンバ３が真空引きされる。構造基板８は加熱冷却要素１１を使って第１加熱され、そして、好ましくは真空チャンバ３がコーティング物質により充填される前に再冷却される。この間、または後に、霧化チャンバ２が好ましくは加熱要素１５によって加熱され、スプレーノズル２０によりコーティング物質ミストで充填される。霧化チャンバ２内の圧力レベルは、好ましくは大気圧に対応するが、どんな場合でも真空引きした真空チャンバ３の圧力レベルよりは高い。霧化チャンバ２のコーティング物質による装填の後、その濃度が光学または化学センサ（図示せず）によって監視され、接続ライン５の遮断弁６が開けられ、それを通して真空チャンバ３がすぐにコーティング物質を満たし、さらに同時に圧力が与えられる。急激な圧力の増加、特に真空から大気圧までの増加により、また場合によっては異なる運搬ユニット９の温度プロフィールおよび／または曲線に起因して、約３００μｍ深さで約１００μｍ幅の空洞（キャビティ）、ピット、または深さに比較して小さな開口を上部に持つような他の形態学的な形状のものに対する、均一なライニング(lining：内塗り)が、一様な保護層、好ましくはフォトレジスト層によって得られる。

構造基板の表面組成に応じ、真空引きした真空チャンバ３での滞留時間の変化によって、また流動プロフィール（液体または霧）によって、また運搬ユニット９の異なった温度プロフィールおよび真空引きと充填のサイクルの何回かの繰り返しによって、構造基板８におけるすべての垂直で深い幾何学形状に対して正確に規定されたコーティング物質の堆積を達成することができる。堆積の均一化は運搬ユニット９の回転によって達成される。可能な余分の液体も投入することができる。

マイクロ構造および／またはナノ構造の構造基板をコーティングするための装置の第１の典型的な実施形態を示し、そこではコーティング物質が真空チャンバ内で直接霧化される。 開閉可能な接続ラインを介して真空チャンバに接続された霧化チャンバを有する、本発明による装置の第２の典型的な実施形態を示す。

符号の説明

１ コーティングするための装置
２ 霧化チャンバ
３ 真空チャンバ
４ 中間チャンバ
５ 接続ライン
６ 遮断弁
７ フラップ
８ 構造基板
９ 運搬ユニット
１０ 真空グルーブ
１１ 加熱冷却要素
１２ モーター
１３ 真空ライン
１４ （霧化）スプレーノズル
１５ 加熱要素
１６ ステップ
１７ ベローズ
１８ 床板
１９ アクチュエータ
２０ スプレーノズル
２１ フレキシブル接続ライン
２２ アダプター
２３ フレキシブル排液ライン

Claims (20)

1. マイクロ構造および／またはナノ構造の構造基板（８）をコーティングするための装置であって、
   前記構造基板（８）のための真空チャンバ（３）内に位置する運搬ユニット（９）を持ち、真空チャンバ（３）にコーティング物質を導入するための導入手段（１４，５）を持ち、また真空チャンバ（３）の圧力レベルを変えるための手段（５，６，２）を持つことを特徴とする装置。
2. 前記導入手段（１４）は、入口ラインおよび／またはスプレーノズルおよび／またはアトマイザーノズルおよび／または超音波アトマイザーとして実装されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記運搬ユニット（９）は、前記構造基板（８）を加熱および／または冷却するための加熱および／または冷却要素（１１）を持つことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記構造基板（８）は前記運搬ユニット（９）を使って回転できることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 遮断弁（６）を持った少なくとも１つの接続ライン（５）を介して真空チャンバ（３）に接続され、前記コーティング物質を霧化するための霧化手段（２０）を持つ霧化チャンバ（２）が、併合された導入および圧力変更手段として提供されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 少なくとも１つの加熱素子（１５）が前記霧化チャンバ（２）を加熱するために提供されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記霧化チャンバ（２）は体積が可変なように実装されることを特徴とする請求項５または６に記載の装置。
8. 少なくとも１つの検出器が、前記コーティング物質の濃度を検出するために、前記霧化チャンバ（２）内に提供されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
9. マイクロ構造および／またはナノ構造の構造基板（８）を、特に請求項１に記載の装置（１）を使ってコーティングするための方法であって、
   ・構造基板（８）を真空チャンバ（３）に装填する段階と、
   ・前記真空チャンバ（３）を真空引きする段階と、
   ・前記真空チャンバ（３）が真空引きされる前、および／または、その間、および／または、その後に、前記真空チャンバ（３）にコーティング物質を導入する段階と、
   ・前記コーティング物質が導入される間、および／または、その後に、前記真空チャンバ（３）内の圧力を高める段階と、
   を有することを特徴とする方法。
10. 前記コーティング物質は、特に前記真空チャンバ（３）の真空引きの後に、前記真空チャンバに液体の形態で導入されるか、および／または、霧化されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記構造基板（８）は、好ましく所定の時間間隔で、真空チャンバ（３）内で加熱されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 前記構造基板（８）は、好ましくは前記コーティング物質が導入される前、特に前記構造基板（８）を加熱した後に、冷却されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
13. 前記コーティング物質は、前記霧化チャンバ（２）内で霧化され、かつ前記コーティング物質は、好ましくは霧化チャンバ（３）内の好ましいコーティング物質濃度に到達した後に、少なくとも１つの遮断弁（６）、および前記霧化チャンバ（２）と前記真空チャンバ（３）との間の少なくとも１つの接続ライン（５）を開くことにより、前記真空チャンバ（３）に導入されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
14. 遮断弁（６）が開かれる前の霧化チャンバ（２）内の圧力レベルは、真空引きされた前記真空チャンバ（３）の圧力レベルよりも高く、前記霧化チャンバ（２）の圧力レベルは、好ましくは大気圧に対応することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記霧化チャンバ（２）は、前記コーティング物質が霧化される前、および／または、その間に加熱されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。
16. 約１０ｎｍから約４００μｍの深さを持つくぼみ、好ましくはピットまたはホールを有する半導体基板、または浮き彫り加工(emboss：エンボス加工)された、またはモールドされたプラスチック材料、またはガラスの基板、好ましくはウェハから作られた構造基板（８）が使用されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
17. 前記くぼみの幅または直径はその深さより小さいことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. フォトレジスト、および／または表面活性剤、および／または溶剤、および／または付着力促進剤が、コーティング基材として使用されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
19. 前記構造基板（８）を前記真空チャンバ（３）に装填した後の方法段階は、好ましくは異なったコーティング物質を使って、複数回繰り返されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
20. コーティング物質により、マイクロ構造および／またはナノ構造の構造基板（８）をコーティングするための請求項１に記載の装置の用途。

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