JP2009514671A - スピンコートにより膜厚を制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

第１工程で基板上の液体を熱的に調整し、例えば半導体ウエハやデータ記憶メディアの上で、粘性のある液体を基板の表面上に所定の領域で均一になるように拡げ、更なる２つの工程で、スピンコートプロセス中またはプロセス前にＵＶ照射を行うための方法および装置が示されている。

Description

本発明は一般に基板のスピンコートの分野に関し、特にコートの膜厚分布を制御するための方法および装置に関する。

特に半導体製造の分野のみならず、光学またはバイオ技術の所定の領域においても、表面により規定される平面に対して垂直な軸の回りに基板を回転（スピン）させ、本質的に平坦な基板の上に液体を均一に分布させることは、よく知られている。スピン中に表面に粘性のある液体を供給することにより、遠心力がその液体を、表面上で半径方向に外方に分布させる。そのような「スピン」技術は、例えばラッカー（lacquer）、樹脂、フォトレジストを半導体基板の上に分配するのに使用される。更に、光学式データ記憶技術の製造において、本質的に均一な樹脂、ラッカー、接着剤等の層を形成することが利用される。特別な場合として、いわゆるブルーレイディスク（これ以降ＢＤと略す）の製造があり、表面の主要部分、即ち情報記憶領域（ブルーレイ２層ディスク７５μｍ）において、１００μｍの上層に±１％の均一性が要求される。

分布方法の標準的なプロセスは以下の通りである。
１）コートされる基板の上に液体を分配し、有利な最初の拡張を行うために、この工程中はゆっくり回転する工程。
２）高速（一般には数１００ｒｐｍから１２０００ｒｐｍ）でディスクを回転させ、液体を均一に拡げる工程。層の膜厚は、粘性、温度、回転速度、および回転時間に依存する。そのような層に使用されるラッカーの一般的な粘性値は、１５００ｍＰａｓと２０００ｍＰａｓの間である。

中心穴を有する基板では、スピンコートされた層の膜厚のプロフィールは、半径方向に内側から外縁に向かって低くから高くなる傾向にある。これは、中心穴やその近傍では、外方に流れるために液体材料が無いことによる。材料の欠乏は、小さい半径領域で膜厚の減少を引き起こす。
それゆえに、標準的なスピンコートプロセスでは、膜厚の分布を最小レベルまで減らすことができない。最適化されたコート条件を達成するために、スピンコートプロセス中に追加の処理が必要となる。

それゆえに、スピンプロセス中の半径方向の膜厚分布に影響する方法が望まれる。液体の膜厚の半径方向の膜厚依存性は、スピンプロセスの物理により支配され、半径方向に一定の粘性を有する液体を用いることでは避けることができない。それゆえに、本発明の目的は、スピン中に拡げられる液体の粘性を制御する方法を提供することである。

半径方向の膜厚分布を改良する場合に生じる他の問題は、いわゆる「外縁バンプ（outer edge bump）」または「エッジビード（edge bead）」である。スピン中のエッジ効果により、スピンされた液体は回転するディスクの縁で蓄積され、ビードを形成する傾向にある。このエッジバンプは除去または回避しなければならない。

従来技術の記載

ＰＣＴ公開公報ＷＯ２００４／０５０２６１には、液体の粘度を調整することにより半径方向の膜厚の分布を調整する方法が、明細書中に記載されている。換言すれば、回転する基板の所定の半径において、加熱または冷却により液体が調整され、粘性が増加したり減少したりする。これにより、所望の膜厚分布の調整が可能となる。

ＷＯ２００４／０６４０５５は、同じ問題に関する。この文献は、ＵＶ（紫外線）照射の手段により液体を凝固させることと、内方から外方の半径方向に増加するように温度プロフィールを与えることを提案する。
ＷＯ２００４／０５０２６１ ＷＯ２００４／０６４０５５

発明の概要

特にブルーレイディスクの上層に関するが、一般には中心穴のあるスピンコートされた基板（例えば、ＤＶＤ、ＣＤのような光ディスク）の樹脂層の膜厚分布に関して、スピンコートプロセスで液体の粘度を調整するために、
（ａ）液体がその上に分配される基板の面に向かった加熱源により、スピンプロセス前またはスピンプロセス中に、部分的で選択的に、温度勾配を形成する工程と、
（ｂ）低い強度のＵＶ硬化と、その後のエッジ洗浄工程と、
（ｃ）回転を伴わない最後の硬化工程と、
を含む、本質的に３工程のプロセスが提案される。

上述の３工程は、以下のプロセス工程により更に詳細に述べられる。このプロセスは、ＢＤ基板の上の１００μｍのカバー層に適用するのに必要であり、ＵＶ硬化可能なラッカーを用いる。

工程（ａ）
１）粘性のある、ＵＶで硬化可能な液体、例えばラッカーを、回転する基板上に供給する（分配工程）。
２）液体を拡げる（スピン工程）。
３）回転しながら液体を加熱し、予備的な膜厚の均一性を得る。

工程（ｂ）
１）約４００〜１０００ｒｐｍで基板を回転し、それに第１強度のＵＶを照射し、低いＵＶ強度を用いてこれにより全表面の液体をまだ動ける状態にしておく。この箇所の「低い強度」は、１０〜１００ｍＷ／ｃｍ^２で、０．５〜１．５秒間の持続期間を意味する。
２）高速で回転し、最終の膜厚で最終の膜厚均一性に調整し、外部エッジで余剰の液体を除去する。

工程（ｃ）
１）回転なしに第２強度で最終硬化を行う。ＵＶ硬化パワーは、数１００ｍＷ／ｃｍ^２（好適には４００〜７００ｍＷ／ｃｍ^２）で２〜３秒間である。

選択的に、工程（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）が別々のプロセスステーションで行われても、または工程（ａ）と（ｂ）が１つのステーションで行われ、工程（ｃ）が別々に行われても良い。他の具体例では、工程（ｂ）と工程（ｃ）が組み合わせられる。

更に詳細には、ＢＤ基板のような基板が、回転可能なターンテーブルまたはチャックの上に配置される。この基板は通常、ポリカーボネートまたは他の適当なプラスチック材料からなるが、この方法は、より広い範囲において、使用される基板の材料に依存しない。分配は、予め決められた量の粘性の液体、例えばラッカー、樹脂、または接着剤を基板上に拡げる（分布させる）と解釈されるポンプメカニズムの手段により行われる。基板は中心穴を有するため、分布は、中心穴の周囲にリング状に行われるのが好ましい。最初の液体の粘度に応じて、基板を約１００ｒｐｍの速度で回転させることにより最初の分布が行われる。

続いて、回転速度が、約９００〜１８００ｒｐｍまで増やされ、回転中に、例えば回転するディスクの１又はそれ以上のそれぞれの半径に向けた熱風により、または赤外線（ＩＲ）即ちディスクの半径上で液体の粘度を変えるためのランプにより、液体が熱的に調整される。この熱処理で、液体層が、必ずしも最終的な精度や膜厚に至ることなく、予備成形される。

工程（ｂ）において、基板の回転速度は、最初４００〜１２００ｒｐｍ、好適には６００ｒｐｍの値まで低減され、１０〜１００ｍＷ／ｃｍ^２で０．５〜１．５秒間、低い強度のＵＶが基板に照射される。このＵＶ照射により、液体が部分的に硬化する。好適には外部エッジを１ｍｍ又はそれ以下だけ覆う外部マスクが、ＵＶ硬化からディスクを遮り、ディスク上の液体の外部の縁を、情報記憶領域より硬化していない状態にする。このようなマスクは、好適には１１８〜１１９ｍｍの直径の環状であり、基板の上方おおよそ１ｍｍに、基板と同心円に配置される。代わりに、マスクは、直径が１１８ｍｍより小さい円形で、基板に対して偏心して配置されても良い。調整手段の助けにより、偏心が制御され調整される。

発明として、マスクと、低い強度の照射と、適度のスピン速度とを組み合わせることにより、従来技術と比較して、外縁バンプが形成されない。この予備硬化工程の手段により、ディスク全体の上の液体の粘度が増加し、液体が外部に流れず外縁バンプを形成しないが、それでも、続くプロセス工程で、層の膜厚を均一にするために液体が動きうる状態にある。ＵＶ硬化中の非常に狭いマスクは、スピンの結果の、エッジにおける液滴の硬化を防止する。

続く高速での回転（例えば５０００ｒｐｍで０．５秒間）により、余剰の液体が除去される。更に、発明にかかる１０〜１００ｍＷ／ｃｍ^２の低い強度のＵＶ照射は、ラッカーのかなりの量（膜厚の１０％、１０μｍ）が、最終スピン工程中にディスクの内部から除去できるようにする。これは、最終的な、±１％の高精度の均一性と、ディスクの外縁で美しい外観を達成するためのキー工程である。

工程（ｃ）において、表面は再度ＵＶ硬化され、表面の均一性を保護するために、例えば数１００ｍＷ／ｃｍ^２（好適には４００〜７００ｍＷ／ｃｍ^２）で２〜３秒間、あるレベルの照射を行って液体を十分に硬化させる。

本発明を実行するのに適した装置は、回転するサポート、基板の表面に液体を拡げる分配手段、および基板に関する位置に少なくとも１つの熱源を固定する手段とを含み、基板の熱条件を調整することができる。更に、そのような装置は、例えばＵＶランプのようなＵＶ照射源を含み、連続照射としてまたは閃光として使用される。ランプは装置内の基板の上方または遠隔に配置するのが良く、例えば、ファイバワイヤとそれぞれの光学付属品を備え、基板の上でのＵＶ照射の分配を可能とする。

好適な具体例では、装置は２つのプロセスステージを含む。第１にステージは、分配手段、熱調整手段、および第１のＵＶ照射源を組み合わせ、上述の工程（ａ）および（ｂ）を行うことができる。その後、基板は第２プロセスステーションに移され、最終硬化工程が行われる。これは、第１の硬化工程用の専用の低強度ＵＶランプと、第２の硬化工程用の専用の高強度ランプとの選択を可能とする。一方、工程（ｂ）と工程（ｃ）を組み合わせることもできる。このように、第１の分配工程（ａ）中に飛ばされた余剰なラッカーは再利用することができ、工程（ｂ）中に飛ばされた半硬化ラッカーにより汚染されない。更に、ＵＶ照射源の数は、１つまで減らすことができ、例えばフィルター手段により、ＵＶ源は減光され、その強度は低減できる。ＢＤ、ＣＤ、またはＤＶＤのような光学基板の製造ラインは、高スループットで設計されるため、この３工程プロセスのために多くのプロセスステーションを配置することは有利である。

図１はプロセス工程（ａ）から（ｃ）を示す時間ダイヤグラムであり、図２は、工程（ｂ）ための装置を示す。

メインプロセス工程（ａ）から（ｃ）のダイヤグラムを示す。Ａは分配段階、ＢとＣは粘性の液体のスピン段階であり、Ｃは加熱時間を示し、ＤはＵＶ照射を示し、Ｅはエッジ洗浄段階であり、Ｆは最終ＵＶ硬化工程を示す。 工程（ｂ）に適した具体例を示す（縮尺通りではない）。基板１がサポート２の上に配置され、中心軸３の回りで回転できる。円形マスク４は、基板１の外縁のみＵＶ照射５により殆ど影響されないように配置される。

Claims (14)

1. 基板の表面上に、所定の領域に高い均一性で粘性のある液体を拡げる方法であって、
   ｉ． サポート上に本質的に水平に基板を配置する工程と、
   ｉｉ． 基板の表面上に、粘性のあるＵＶ硬化可能な液体を供給する工程と、
   ｉｉｉ．基板を回転させて、液体を半径方向外方に拡げる工程と、
   ｉｖ． 基板上の液体を熱的に調整し、一定の方法でその粘性を部分的に変える工程と、
   ｖ． 第１強度のＵＶを液体に照射し、液体を部分的に硬化させる工程と、
   ｖｉ． ディスクから余剰の液体を振り落とす工程と、
   ｖｉｉ．第２強度のＵＶを液体に照射し、液体を硬化させる工程と、を含む方法。
2. 液体の熱的な調整が、熱風の流れの手段により行われる請求項１に記載の方法。
3. 第１強度のＵＶ照射は、１０〜１００ｍＷ／ｃｍ^２である請求項１または２に記載の方法。
4. 第２強度のＵＶ照射は、数１００ｍＷ／ｃｍ^２である請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 熱的な調整中に、基板が４００〜１２００ｒｐｍの速度で回転する請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 第１強度のＵＶ照射中に、基板が４００〜１０００ｒｐｍの速度で回転する請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 工程ｉ〜工程ｉｖは、１つのプロセスステーションで行われる請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 工程ｖｉ〜工程ｖｉｉは、別個のプロセスステーションでそれぞれ行われる請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 基板の表面上に、所定の領域に高い均一性で粘性のある液体を拡げるための装置であって、
   回転可能なサポートと、
   基板の表面上に液体を拡げる分配手段と、
   基板上の液体を熱的に調整し、一定の方法でその粘性を部分的に変えるための熱源と、
   液体にＵＶ照射するためのＵＶ照射源と、を含む装置。
10. 更に、基板（１）とＵＶ照射（５）との間に配置され、基板（１）の外縁がＵＶ照射（５）に殆ど影響されないようにするマスクを含む請求項９に記載の装置。
11. マスクは、円形で、基板と同軸に配置される請求項１０に記載の装置。
12. マスクは、円形で、基板に偏心して配置される請求項１０に記載の装置。
13. ＵＶ照射源は、第１の、低い強度のＵＶ照射を行うために適用され、より高い第２の強度のＵＶ照射を行うためのＵＶ照射源を更に含む請求項９〜１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 表面領域がコートされた基板を製造するための方法であって、請求項１〜８のいずれか１項に記載の粘性のある液体を拡げる方法を含む製造方法。