JP2016219791A - 基材にコーティングを施すための装置及び方法 - Google Patents

基材にコーティングを施すための装置及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】コーティング液の噴霧が基材に衝突する際の気泡又はガス泡の発生を抑制することができる基材へのコーティングを施すための装置、及び方法を提供する。
【解決手段】コーティング液２を噴霧して基材３に塗布するのに用いる計量装置５と、所定量の溶媒を計量装置５の前端に与えることができるように、計量装置５の前端側に偏心して配置された溶媒ディスペンサ１０と、を備える。コーティング液２は、計量システム４を介して供給され、計量装置５によって、基材３に噴霧状に塗布される。塗布の間、計量装置及び基材の互いの距離は適切に調整される。
【選択図】図１

Description

本発明は、噴霧により基材にコーティング液を塗布するのに用いる装置、及び基材にコーティングを施すための方法に関する。
基材は、特に、例えば、後にチップやＭＥＭｓ（微小電気機械システム）が製造されるウェハであることができる。この目的のため、例えば、フォトリソグラフィ工程が利用されてもよい。この場合、コーティングは、基材に均一に塗布されたフォトレジスト（レジスト）である。フォトレジストの塗布の工程の一例は、フォトレジストを塗布しながら基材を回転させるスピンコートである。遠心力の影響のため、フォトレジストは基材の表面上に均一に拡散される。
しかし、本発明に係る装置及び方法は、フォトレジストをウェハに塗布することに限定されないが、原則として、可能な限り、層の厚みが均一で、表面が平坦である均質なコーティングを形成するように、噴霧でコーティング液を基板に塗布するあらゆるコーティングに関連する。
コーティング工程の開始時には、コーティング液の噴霧が基材に衝突する際に、気泡がコーティング内に入ってしまうという、気泡（またはガス雰囲気中のコーティングのためガス泡）による問題が発生し得る。コーティング液の粘性や更なる工程（例えば停止期間）のため、これらの気泡が塗布されたコーティングの表面に上昇して、取り除かれることが、常に確保できるわけではない。気泡がコーティング内に残っている場合、これらは、コーティングを不均一なものにしてしまう。更に、気泡がいくらか体積を占めるので、コーティングの表面が局所的に盛り上がってしまう危険性がある。
本発明の目的は、コーティング液の噴霧が基材に衝突する際の気泡又はガス泡の発生を抑制することができる基材にコーティング施すための装置及び方法を提供することである。
この目的を達成するために、本発明は、コーティング液を噴霧して基材に塗布するのに用いる計量装置と、所定量の溶媒を計量装置の前端に与えることができるように、計量装置の前端側に偏心して配置された溶媒ディスペンサと、を備える装置を提供する。本発明に係る方法においては、コーティング液が塗布される前に、溶媒が計量装置の前端に位置するコーティング液に接するように、所定量の溶媒が計量装置の前端に導かれる。引き続いて、待機期間の後、計量装置を用いてコーティング液が基材に塗布される。
本発明は、基材に衝突するコーティング液の噴霧の先端領域の流れを、少し弱める潜在的な考えに基づく。１つには、このことにより、基材との衝突時に、コーティング液が気泡を形成するのを減じる傾向を有する。この場合、溶媒が潤滑剤の機能を果たす。一方、溶媒は、発生した気泡は、コーティングの表面に上昇し易くなって消滅するように、コーティング液を少し希釈するように導く。溶媒ディスペンサが、計量装置の前端側に偏心して配置されるので、通常のコーティング工程を乱すことはない。更に、あまり空間を取らないので、他の必要な部材のため、計量装置の周りに十分な空間を残すことができる。”計量装置の前端側に偏心して配置されること”は、溶媒ディスペンサが、計量装置または計量装置の一部であるノズルと一体的に形成されておらず、個別に配置されていることを意味する。
本発明の１つの実施形態では、溶媒ディスペンサが、計量装置の前端に向けられたスプレーノズルであり、溶媒を計量装置の前端にスプレーすることができる。このことにより、溶媒ディスペンサを、計量装置の前端から離して配置できる。
好ましくは、スプレーノズルにより、溶媒が、計量装置の前端で規定された平面に実質的に平行な方向にスプレーされる。その結果、溶媒は、計量装置内に位置するコーティング液に対して、接線方向に塗布され、溶媒は、コーティング液の上に液滴として残り、スプレー圧力の結果として、小さな液滴の形でコーティング液の中に入り込むことがない。
その他の実施形態では、溶媒ディスペンサが、溶媒の液滴を計量装置に供給できる投与アームとそして形成される。本実施形態では、溶媒の液滴が溶媒ディスペンサの前端で形成され、計量装置の前端に接触し、毛細管力により、引き続いて、計量装置の前端に位置するコーティング液に向かって移動する。
本発明の１つの実施形態では、計量装置及び溶媒ディスペンサの互いの距離を調整可能である。これにより、溶媒ディスペンサ及び計量装置を互いに近づけて、溶媒ディスペンサで形成された液滴を計量装置に接触させて、引き続いて、再び２つの部材を離して、溶媒ディスペンサがコーティング工程を乱すことがないようにすることができる。
好ましい実施形態では、コーティング液が、計量装置の前端に凹形のメニスカスを形成し、溶媒がメニスカスに入る。もし、このことが、コーティング液の表面張力の結果として自動的に生じない場合には、その前のコーティング工程の終了後に、コーティング液を少し計量装置に戻すように引くことによって、このタイプのメニスカスを作ることができる。メニスカスにより、計量装置に含まれるコーティング液の前端、つまりコーティング工程で基材に衝突するコーティング液の噴霧の前端において、容易に、溶媒を均一に塗布することができる。
待機期間は、最適な態様で気泡が生じるのを防ぐように、コーティング液及び溶媒の性質の機能により設定できる、試験によれば、１０から１２０秒の範囲の待機期間が適しており、約２０から６０秒の待機期間が好ましいことが判明した。
コーティング液は、フォトレジストであることができる。この場合、このタイプのフォトレジストを希釈及び／又は処理するのに通常用いられる全ての材料（例えばアセトン）が、溶媒として適している。
初期状態において、基材にコーティングを施す装置の概略図である。 溶媒が計量装置の前端に塗布される際の図１に示された装置の概略図である。 基板にコーティングを施す装置の第二の実施形態の概略図である。 本発明に係る装置と方法を用いて処理されるコーティング液において、噴霧されるコーティング液が基板に衝突するところを示す断面図である。 図４のコーティング液の基材への噴霧を用いて得られるコーティングの概略的な断面図である。 従来例のコーティング工程において、基板に衝突する噴霧状のコーティング液が基板に衝突するところを、時系列で幾つか概略的に示した図である。 従来例のコーティング工程において、基板に衝突する噴霧状のコーティング液が基板に衝突するところを、時系列で幾つか概略的に示した図である。 従来例のコーティング工程において、基板に衝突する噴霧状のコーティング液が基板に衝突するところを、時系列で幾つか概略的に示した図である。 図６のコーティング工程を用いて得られた図５に対応する図を示す。
以下、発明は、添付の図面に示されている様々な実施形態を参照してより詳細に開示される。
図１は、コーティング液２を基材３に塗布するために用いる装置を概略的に示す。コーティング液２は、例えば、フォトレジスト（レジスト）とすることができる。
コーティング液２は、計量システム４を介して供給され、計量装置５よって、基材３に噴霧状に塗布される。塗布の間、計量装置及び基材の互いの距離は適切に調整される。
図示された装置を用いて、特に、一般的にスピンコートとして知られるコーティング方法が実行できる。
図１は、２つのコーティング工程の間の装置を示している。先のコーティング工程が終了した後、コーティング液２は、わずかに吸い取られる。そして、計量装置５内に位置するコーティング液の端面は、凹形メニスカス７を形成する。
コーティング装置は、溶媒ディスペンサ１０が備えられる。供給システム１２により提供される所定量の溶媒が、計量装置５の前端に与えられる。溶媒ディスペンサ１０は、計量装置５の前端側に偏心して配置される。言い換えれば、計量装置５から基材３へのコーティング液２の経路の外側に配置される。
図１、２に示される第一実施形態において、溶媒ディスペンサ１０は、スプレーノズルである。溶媒ディスペンサ１０を用いて、溶媒を、溶媒ディスペンサ１０側から、計量装置及び／又はメニスカス７面に噴霧することができる。溶媒が、毛細管力の影響によってメニスカス７に入るように計量装置に噴霧されるか、又は溶媒が、接線方向に、メニスカス７に直接噴霧されることができる。
非常に重要なことは、最適な量の溶媒１４が溶媒ディスペンサ１０によって塗布され、メニスカス７（図２参照）の領域に位置することである。言い換えれば、溶媒１４が、計量装置５内に位置するコーティング液の液柱の端面上に位置する。
図３に第二実施形態を示す。第一実施形態から知られた部材について、同じ参照番号が用いられ、これにより、上記の説明が参照される。
第一実施形態と異なることは、第二実施形態では、溶媒ディスペンサ１０が投与アームとして構成されることである。投与アームの前面端において、１滴の溶媒１４が生成される。この液滴は、その後、計量装置５の前面端、又は計量装置５内に位置するコーティング液２の液柱の前端におけるメニスカス７に接触する。この目的のため、計量装置５及び溶媒ディスペンサ１０の互いの距離は、例えば、放射状及び垂直の移動の組み合せを用いて、適切に調整される。
基材３がコーティング液２でコーティングされるとき、はじめに、溶媒１４が、計量装置５内に位置するコーティング液２の液柱の端面に施される。このことは、スプレーによる（図２参照）、または液滴を計量装置５上まで機械的に搬送する（図３参照）ことにより実行できる。
コーティング工程の開始の所定の時間前に、溶媒が塗布され、コーティング液２が噴霧の形で基材３に塗布される前に、所望の待機期間が経過するようになっている。
コーティング液２の噴霧の前端が基材３に衝突した瞬間を、図４に模式的に示す。図４は、コーティング液２の噴霧の前端を囲む溶媒１４も示す。溶媒を用いることにより、コーティング液２の噴霧の前端が基材３に衝突したとき、気泡が形成されるのを防ぐことができることが知見された。このことは、溶媒によって異なる粘度によって可能である。溶媒は、潤滑剤としても機能可能である。
図５は、コーティングとして、基剤３に塗布されたコーティング液２を模式的に示す。コーティング内に気泡が入らず、コーティングは、平面を有するとともに、一定の層厚みを有することがわかる。
図６は、コーティング液２の噴霧の前端が基材３に衝突したところであって、噴霧の前端に溶媒がない場合を模式的に示す。
コーティング液２の噴霧の前端が基材３に衝突したとき、側面に沿ってコーティング液２に囲まれる空気フィルムが形成される（図６ａ参照）。この空気が、中間のドーナツ形状態を経て、気泡２０（図７参照）として、形成されたコーティング内に残る気泡を形成する（図６ｃ）。このタイプの気泡は、コーティング内の不均一性を形成するだけでなく、コーティングの表面の局所的な膨らみ（領域２２参照）を導く。

Claims (11)

  1. 基材（３）にコーティングを施すための装置であって、
    コーティング液（２）を噴霧して基材（３）に塗布するのに用いる計量装置（５）と、
    計量装置（５）の前端側に偏心して配置された溶媒ディスペンサ（１０）と、
    を備え、
    所定量の溶媒（１４）を計量装置（５）の前端に与えることができることを特徴とする装置。
  2. 溶媒ディスペンサが、計量装置（５）の前端に向けられたスプレーノズル（１０）であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 溶媒ディスペンサが、溶媒の液滴を計量装置に供給できる投与アーム（１０）とそして形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. 計量装置（５）及び溶媒ディスペンサ（１０）の互いの距離が調整可能であることを特徴とする請求項３に記載の装置。
  5. コーティング液（２）がフォトレジストであることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の装置。
  6. 請求項１から５の何れか１項に記載の装置を用いて基材にコーティングを施す方法であって、
    − コーティング液（２）が塗布される前に、溶媒（１４）が計量装置（５）の前端に位置するコーティング液（２）に接するように、所定量の溶媒（１４）を計量装置（５）の前端に導き、
    − 引き続いて、待機期間の後、計量装置（５）を用いて、コーティング液（２）が基材（３）に塗布される、
    方法。
  7. コーティング液（２）が、計量装置（５）の前端に凹形のメニスカスを形成し、溶媒（１４）がメニスカス（７）に入ることを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 溶媒（１４）が計量装置（５）の前端にスプレーされることを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
  9. 溶媒（１４）が、計量装置（５）の前端で規定された平面に実質的に平行な方向にスプレーされることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 溶媒（１４）が計量装置（５）の前端に接するように、計量装置（５）及び溶媒ディスペンサ（１０）の互いの距離が調整されることを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
  11. 待機期間が約１０から１２０秒であり、好ましくは２０から６０秒であることを特徴とする請求項６から１０の何れか１項に記載の方法。
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