JP2016091021A - レジストパターン形成装置およびレジストパターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、上述のUV処理を用いて、耐熱性および耐久性に優れた永久レジストをTFT素子等にダメージを与えることなく形成することが考えられる。
この構成によれば、150℃以下の温度でプレパターンが加熱されるので、該プレパターンに含まれる残存溶剤を良好に除去することができる。よって、プレパターンを良好に硬化させることができる。
この構成によれば、150℃以下の温度でプレパターンを加熱するので、該プレパターンに含まれる残存溶剤を良好に除去できる。よって、プレパターンを良好に硬化させることができる。
図1は本実施形態に係るパターン形成装置SPAを示す平面図である。
パターン形成装置SPAは、例えばX方向に一列に配置されたローダ・アンローダLU、塗布現像処理部CD、インターフェース部IF及び制御部CONTを備えている。パターン形成装置SPAは、塗布現像処理部CDがローダ・アンローダLUとインターフェース部IFによって挟まれて配置された構成になっている。制御部CONTは、パターン形成装置SPAの各部を統括的に処理する。
ローダ・アンローダLUは、複数の基板Gを収容するカセットCの搬入及び搬出を行う部分である。ローダ・アンローダLUは、カセット待機部10及び搬送機構11を有している。
塗布現像処理部CDは、基板Gにレジスト塗布及び現像を含む一連の処理を施す部分である。塗布現像処理部CDは、スクラバユニットSR、脱水ベークユニットDH、塗布ユニットCT、プリベークユニットPR、インターフェース部IF、現像ユニットDV、光照射ユニットUV及びポストベークユニットPBを有している。
なお、ポストベーク後の基板Gを冷却することが不要な場合、搬送機構TR6は冷却装置60を介さずに光照射ユニットUVに基板Gを直接搬送してもよい。
図2は、光照射ユニットUVを−Z方向に向かって見たときの構成を示す図である。図3(a)及び図3(b)は、光照射ユニットUVを+Y方向に向かって見たときの構成を示す図である。図4(a)、(b)は光照射ユニットUVを+X方向に向かって見たときの構成を示す図である。なお、図2〜図4においては、図を判別しやすくするため、それぞれ一部の構成を省略して示している。
予備装置80は、チャンバ82、減圧機構83及び昇降機構84を有している。予備装置80は、例えば光照射装置81に搬送する基板Gを一時的に収容する予備室として設けられている。勿論、他の用途であっても構わない。予備装置80は、例えば+Y側に基板搬出入口80aを有している。予備装置80では、減圧機構83によってチャンバ82内を減圧させた状態で基板G収容することができるようになっている。減圧機構83としては、例えばポンプ機構などが用いられる。
基板保持部材89aは、Z方向視L字型に形成されており、基板Gの角部に対応する位置に1つずつ、計4つ配置されている。基板保持部材89aは、基板Gの角部を保持可能になっている。より具体的には、基板保持部材89aは、基板Gの角部のうちX側及びY側の面(側面)と−Z側の面(底面)とを保持するようになっている。4つの基板保持部材89aは、支持用ワイヤー105に固定されている。支持用ワイヤー105は、X方向に沿って設けられているワイヤーが2本、Y方向に沿って設けられているワイヤーが4本の、計6本のワイヤーによって構成されている。支持用ワイヤー105は、全て張力が加えられた状態になっている。
以上のように構成されたパターン形成装置SPAによるパターン形成方法を説明する。
図5(a)は比較として従来のパターン形成方法を示した工程図であり、図5(b)は本実施形態に係るパターン形成方法を示した工程図である。
すなわち、本実施形態のパターン形成方法では、従来のパターン形成方法に比べ、低温でポストベーク処理を行い、その後、加熱した状態で光照射を行うことでプレパターンを硬化させる点が大きく異なっている。
まず、基板Gが収容されたカセットCをローダ・アンローダLUのカセット待機部10にロードする。カセットC内の基板Gは、搬送機構11を介してスクラバユニットSRへ搬送される。
その後、塗布ユニットCTにおいてレジスト組成物を塗布して基板G上にレジスト膜を形成する塗布工程が行われる。
レジスト組成物(r1)は、アルカリ可溶性樹脂と、酸発生剤と、を含有する化学増幅型ネガ型レジスト組成物である。
レジスト組成物(r1)において、アルカリ可溶性樹脂は、一般にネガ型の化学増幅型レジスト組成物のベース樹脂として用いられている樹脂を、露光に使用する光源に応じて、従来公知のものの中から任意に選択して使用することが可能である。例えば、ノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。
アルカリ可溶性樹脂は、ノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン樹脂、アクリル樹脂などをそれぞれ単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
上記アルカリ可溶性樹脂の含有量は、例えばレジスト組成物(r1)がアルカリ可溶性樹脂と酸発生剤と後述の可塑剤とを含有する場合、アルカリ可溶性樹脂と酸発生剤と可塑剤との固形分総量100質量部に対して30〜99質量部が好ましく、より好ましくは65〜95質量部の範囲である。
酸発生剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
レジスト組成物(r1)中、上記酸発生剤の含有量は、レジスト組成物(r1)の固形分総量100質量部に対して0.01〜5質量部が好ましく、より好ましくは0.05〜2質量部、さらに好ましくは0.1〜1質量部の範囲である。
かかる架橋剤としては、アミノ化合物、例えばメラミン樹脂、尿素樹脂、グアナミン樹脂、グリコールウリル−ホルムアルデヒド樹脂、スクシニルアミド−ホルムアルデヒド樹脂、エチレン尿素−ホルムアルデヒド樹脂等が挙げられ、特にアルコキシメチル化メラミン樹脂やアルコキシメチル化尿素樹脂等のアルコキシメチル化アミノ樹脂等が好適に使用できる。
「塩基解離性基」とは、塩基の作用により解離し得る有機基である。すなわち、「塩基解離性基」は、アルカリ現像液(たとえば、23℃において、2.38質量%のTMAH水溶液)の作用により解離する。
塩基解離性基がアルカリ現像液の作用により解離すると、親水性基が現れるため、アルカリ現像液に対する親和性が向上する。つまり、含フッ素高分子化合物は、疎水性の高い「フッ素原子を有する高分子化合物」であるが、同時に、「塩基解離性基」をも有しているため、アルカリ現像液の作用により、アルカリ現像液に対する親和性が向上する。したがって、該ネガ型レジスト組成物を用いることにより、浸漬露光時には疎水性であって、現像時にはアルカリ現像液に良好に溶解するレジスト膜を形成することができる。
レジスト組成物(r1)は、アルカリ可溶性樹脂と、酸発生剤と、必要に応じてこれら以外の成分と、を有機溶剤に溶解することにより調製できる。
レジスト組成物(r2)は、アルカリ可溶性樹脂と、カチオン重合開始剤と、増感剤と、を含有するネガ型レジスト組成物である。
レジスト組成物(r2)において、アルカリ可溶性樹脂としては、多官能エポキシ樹脂が挙げられる。多官能エポキシ樹脂としては、厚膜のレジストパターンを形成するのに充分なエポキシ基を1分子中に有するエポキシ樹脂であれば、特に限定されず、多官能フェノール・ノボラック型エポキシ樹脂、多官能オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、多官能トリフェニル型ノボラック型エポキシ樹脂、多官能ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。
また、該アルカリ可溶性樹脂として、光硬化性を有するアルカリ可溶性基材も用いることができる。
カチオン重合開始剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
レジスト組成物(r2)中、上記カチオン重合開始剤の含有量は、アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して0.5〜20質量部であることが好ましい。カチオン重合開始剤の含有量を0.5質量部以上とすることで、充分な光感度を得ることができる。一方、20質量部以下とすることで、レジスト膜の特性が向上する。
増感剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
レジスト組成物(r2)中、増感剤の含有量は、アルカリ可溶性樹脂100質量部に対して、好ましくは1〜50質量部である。
例えば、レジストパターンの硬化性をより高める点から、オキセタン誘導体を用いることが好ましい。
また、上述したカチオン重合開始剤以外の、感光性樹脂組成物用の光重合開始剤も用いることができる。加えて、露光時の硬化不良が生じ難く、充分な耐熱性を得やすいことから、光重合性化合物を配合してもよい。
さらに、レジスト組成物(r2)には、所望により、混和性のある添加剤、例えば、レジストパターンの性能を改良するための付加的樹脂、可塑剤、安定剤、着色剤、カップリング剤、レベリング剤等の従来公知のものを適宜配合することができる。
レジスト組成物(r2)は、アルカリ可溶性樹脂と、カチオン重合開始剤と、増感剤と、必要に応じてこれら以外の成分と、を有機溶剤に溶解することにより調製できる。
塗布処理後の基板GはプリベークユニットPRに搬送され、加熱装置50においてプリベーク処理が行われ、冷却装置51において冷却処理が行われる。プリベークユニットPRでの処理を完了させた基板Gは、搬送機構TR2によってインターフェース部IFに搬送される。
インターフェース部IFでは、例えばバッファ装置52において温度調整が行われた後、周辺露光装置EEにおいて周辺露光が行われる。周辺露光の後、基板Gは、搬送機構TR3によって露光装置EXに搬送され、露光処理が行われる。露光処理後の基板Gは、加熱処理及び冷却処理が行われた後、現像ユニットDVに搬送される。
露光処理後の基板Gは、加熱処理及び冷却処理が行われた後、現像ユニットDVに搬送される。現像ユニットDVにおいて、基板Gには現像処理、リンス処理及び乾燥処理が順に行われ、基板G上に所定形状のプレパターンが形成される。
乾燥処理の後、搬送機構TR4によって基板GはポストベークユニットPBへと搬送され、現像後のプレパターンを加熱する。ポストベークユニットPBでは、まず加熱装置59により従来のパターン形成方法のポストベーク処理の処理温度(高温、例えば130℃以上)に比べて比較的低温で基板G(プレパターン)を加熱する。加熱装置59によるプレパターンの加熱温度は、低温、例えば130℃未満に設定される。本実施形態において、加熱装置59はプレパターンの加熱温度を、例えば120℃に設定している。
ポストベーク後の基板Gは冷却装置60にて冷却され、搬送機構TR6により光照射ユニットUVに搬送される。光照射ユニットUVでは、基板Gはまず予備装置80のチャンバ82内に搬送される。基板搬出入口80aを介してチャンバ82内に基板Gが搬送された後、基板搬出入口80aを閉塞してチャンバ82を短時間で低酸素雰囲気にするために密閉し減圧機構83を作動させて減圧処理を行う。減圧処理の後、昇降機構84を+Z側に移動させ、支持ピン84aによって基板Gを持ち上げた状態にする。このとき、受け渡し機構88の基板保持部材88aの高さよりも高い位置(+Z側の位置)まで基板Gを持ち上げる。
続いて、本発明の第二実施形態について説明する。
本実施形態と上記実施形態との違いは、光照射ユニットの構造である。そのため、以下では、光照射ユニットの構成を主体に説明し、上記実施形態と同一又は共通の構成については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略するものとする。
図7乃至図9は光照射ユニットUV1の動作説明図である。以下、光照射ユニットUV1において、基板Gが複数搬入される場合、複数の基板を搬入された順にG1、G2、G3、…と表記する。
また、制御部CONTは、現像ユニットDVから搬送される他の基板G2をチャンバ180に搬入させる。制御部CONTは、搬送機構TR4のロボットアームを基板搬入出口180aまで移動させ、基板G2を基板搬入出口180aからチャンバ180の内部に搬入させる。チャンバ180の内部に搬入された基板G2は、第一ステージ182に載置される。
ネガ型レジスト組成物を用い、上記パターン形成装置SPAを用いて形成したレジストパターンについて評価を行った。
(実施例1)
実施例1において、光照射ユニットUVは、ポストベークユニットPBによるベーク後(120℃、10分間)のレジスト膜に対し、光照射部86により積算露光量300mJ/cm2の光照射処理を行った。光照射ユニットUVは、加熱機構90による基板Gの加熱を行わなかった。光照射ユニットUVは、光照射時にチャンバ82内の酸素濃度を750ppmとなるように窒素ガスを供給した。実施例1に係るレジストパターンは上記条件により形成されたものである。
実施例2において、光照射ユニットUVは、ポストベークユニットPBによるベーク後(120℃、10分間)のレジスト膜に対し、光照射部86により積算露光量300mJ/cm2の光照射処理を行った。また、光照射ユニットUVは、光照射時に加熱機構90により基板Gを120℃で加熱した。光照射ユニットUVは、光照射時にチャンバ82内の酸素濃度を450ppmとなるように窒素ガスを供給した。実施例2に係るレジストパターンは上記条件により形成されたものである。
実施例3において、光照射ユニットUVは、ポストベークユニットPBによるベーク後(120℃、10分間)のレジスト膜に対し、光照射部86により積算露光量1800mJ/cm2の光照射処理を行った。光照射ユニットUVは、加熱機構90により基板Gを120℃で加熱した。光照射ユニットUVは、光照射時にチャンバ82内の酸素濃度を610ppmとなるように窒素ガスを供給した。実施例3に係るレジストパターンは上記条件により形成されたものである。
実施例4において、光照射ユニットUVは、ポストベークユニットPBによるベーク後(100℃、10分間)のレジスト膜に対し、光照射部86により光照射処理を行った。光照射ユニットUVは、加熱機構90により基板Gを80℃で100秒間だけ加熱した。光照射ユニットUVは、光照射時にチャンバ82内の酸素濃度を900ppmとなるように窒素ガスを供給した。光照射ユニットUVによる光照射後のレジストパターンに対し、130℃、10分間のベーク処理を行った。実施例4に係るレジストパターンは上記条件により形成されたものである。
実施例5おいて、光照射ユニットUVは、ポストベークユニットPBによるベーク後(100℃、10分間)のレジスト膜に対し、光照射部86により光照射処理を行った。光照射ユニットUVは、加熱機構90により基板Gを50℃で100秒間だけ加熱した。光照射ユニットUVは、光照射時にチャンバ82内の酸素濃度を900ppmとなるように窒素ガスを供給した。光照射ユニットUVによる光照射後のレジストパターンに対し、130℃、10分間のベーク処理を行った。実施例5に係るレジストパターンは上記条件により形成されたものである。
実施例6において、光照射ユニットUVは、ポストベークユニットPBによるベーク後(100℃、10分間)のレジスト膜に対し、光照射部86により光照射処理を行った。光照射ユニットUVは、加熱機構90により基板Gを23℃で100秒間だけ加熱した。光照射ユニットUVは、光照射時にチャンバ82内の酸素濃度を900ppmとなるように窒素ガスを供給した。光照射ユニットUVによる光照射後のレジストパターンに対し、130℃、10分間のベーク処理を行った。実施例6に係るレジストパターンは上記条件により形成されたものである。
実施例7において、光照射ユニットUVは、ポストベークユニットPBによるベーク後(100℃、10分間)のレジスト膜に対し、光照射部86により光照射処理を行った。光照射ユニットUVは、加熱機構90により基板Gを80℃で100秒間だけ加熱した。光照射ユニットUVは、光照射時にチャンバ82内の酸素濃度を大気中における酸素濃度(21.7%=2170000ppm)となるように窒素ガスを供給した。つまり、チャンバ82内を大気解放状態とした。光照射ユニットUVによる光照射後のレジストパターンに対し、130℃、10分間のベーク処理を行った。実施例7に係るレジストパターンは上記条件により形成されたものである。
実施例8において、光照射ユニットUVは、ポストベークユニットPBによるベーク後(100℃、10分間)のレジスト膜に対し、光照射部86により光照射処理を行った。光照射ユニットUVは、加熱機構90により基板Gを80℃で100秒間だけ加熱した。光照射ユニットUVは、光照射時にチャンバ82内の酸素濃度を2000ppmとなるように窒素ガスを供給した。光照射ユニットUVによる光照射後のレジストパターンに対し、130℃、10分間のベーク処理を行った。実施例9に係るレジストパターンは上記条件により形成されたものである。
比較例1として、ポストベークユニットPBによるベーク後(130℃、10分間)のレジスト膜に対する光照射を行わなかった。すなわち、光照射部86による積算露光量は0mJ/cm2である。また、加熱機構90による加熱を行わず、チャンバ82内を大気雰囲気とした。比較例1に係るレジストパターンは上記条件により形成されたものである。
比較例2として、光照射ユニットUVは、ポストベークユニットPBによるベーク後のレジスト膜に対し、光照射部86により積算露光量1000mJ/cm2の光照射処理を行った。光照射ユニットUVは、加熱機構90による基板Gの加熱を行わなかった。光照射ユニットUVは、光照射時にチャンバ82内を大気雰囲気とした。比較例2に係るレジストパターンは上記条件により形成されたものである。
比較例3は、図5(a)に示した従来のパターン形成工程により形成したレジスト膜である。つまり、低酸素雰囲気光照射工程は行わず、ポストベーク工程(130℃、10分間)により形成されたものである。
実施例1〜8及び比較例1〜3でそれぞれ得た、レジストパターンについて鉛筆硬度試験を行った。そして、レジストパターンの表面膜の鉛筆硬度を測定した。本試験において用いる鉛筆の芯先は、硬い平らな面においた研磨紙400番に対し直角にあて、芯先が平らで角が鋭くなるように研ぐ。そして、研いだ芯を塗膜(レジストパターンの表面)に対して45°であて、芯が折れない程度に出来る限り強く押し付けながら試験者の前方に均一な速さで約1cm押し出して塗膜を引っ掻く。1回引っ掻くごとに鉛筆の芯の先端を研いで、同一の濃度記号の鉛筆で5回ずつ試験を繰り返す。塗膜の破れ又は切り傷が5回の試験中2回以上発生する鉛筆の方さの一段下の濃度記号を記録する。
なお、本試験では、鉛筆の先端に荷重350gを与えた。
このことより、実施例1〜3では比較例1、2と異なり、低酸素雰囲気の中で光照射を行ったことで光重合反応を良好に進行させてレジストパターンの硬度を向上させたと言える。
さらに、実施例1〜3で得られたレジストパターンは、その内部まで全体が充分に硬化していると考えられ、耐久性、耐熱性も高いと言える。
このことより、低酸素雰囲気内で光照射を行う際、基板Gを加熱機構90により加熱した状態とすることで光重合反応が促進し、レジストパターンの硬度をより向上すると言える。
表3より、実施例4〜8では比較例3と異なり、低酸素雰囲気の中で光照射を行ったことで光重合反応を良好に進行させてレジストパターンの硬度を向上させたと言える。
さらに、実施例4〜8で得られたレジストパターンは、その内部まで全体が充分に硬化していると考えられ、耐久性、耐熱性も高いと言える。
Claims (4)
- ネガ型レジスト組成物を塗布して基板上にレジスト膜を形成する塗布装置と、
前記レジスト膜の現像処理を行うことでプレパターンを形成する現像装置と、
現像後の前記プレパターンを加熱する加熱装置と、
低酸素雰囲気内において加熱後の前記プレパターンに光照射処理を行う光照射装置と、
を備える
レジストパターン形成装置。 - 前記加熱装置は、前記プレパターンを150℃以下で加熱する
ことを特徴とする請求項1に記載のレジストパターン形成装置。 - ネガ型レジスト組成物を塗布することで基板上にレジスト膜を形成する塗布工程と、
前記レジスト膜の現像処理を行うことでプレパターンを形成する現像工程と、
前記現像工程後の前記プレパターンを加熱する加熱工程と、
低酸素雰囲気内において加熱後の前記プレパターンに光照射処理を行う光照射工程と、
を備える
レジストパターン形成方法。 - 前記加熱工程は、前記プレパターンを150℃以下で加熱する
請求項3に記載のレジストパターン形成方法。
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