JP3928417B2 - 塗布膜の乾燥方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗布膜の乾燥方法及びその装置に関し、特に、基板上に塗布された液体材料の塗布膜を加熱乾燥させる塗布膜の乾燥方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基板上に塗布された液体材料（フォトレジストなど）の塗布膜を乾燥（あるいは焼成）させる技術としては、加熱炉（ベーク炉）内に基板を配置して塗布膜を加熱乾燥させる炉内ベーク方式、プレート（ホットプレート）上に基板を搭載しそのプレートを介して塗布膜を加熱乾燥させるホットプレート方式、密閉可能なチャンバ内に基板を配置してチャンバ内を減圧し、塗布膜を減圧乾燥させる減圧方式などが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術のうち、炉内ベーク方式やホットプレート方式などの塗布膜を加熱乾燥させる技術では、塗布膜が加熱されて温度上昇するのに伴い、塗布膜の表面から溶媒が急速に蒸発する。この場合、塗布膜の急速な蒸発に伴い、膜表面の平坦度の低下を招きやすい。すなわち、塗布膜の表面から溶媒が急速に蒸発すると、塗布膜の表面が先に乾燥し、塗布膜の温度上昇の過程で充分な内部対流が生じず、膜表面の平坦度が低下する。また、塗布膜の表面が先に乾燥することで、重力による膜表面の自己平坦化機能（セルフレベリング機能）が働かなくなり、膜表面の平坦度が低下する。こうした膜表面における平坦度の低下は、塗布膜の膜厚精度の低下につながる。
【０００４】
また、塗布膜の表面から溶媒が急速に蒸発すると、塗布膜内で密度差が生じ、塗布膜の成分の均一性が低下しやすい。
【０００５】
さらに、塗布膜は、蒸発した溶媒成分が周囲に拡散しやすいなどの理由から、通常、基板の端部付近が最も蒸発が速い。蒸発が速い結果、基板の端部では、乾燥によって塗布膜が盛り上がるなど、他の領域に比べて塗布膜の膜厚が変化しやすい。このように、蒸発速度が塗布膜の面内で不均一であると、膜厚精度の均一性の低下を招きやすい。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、加熱乾燥に伴う膜表面の平坦度の低下を抑制し、膜厚均一性及び成分均一性の良好な塗布膜を得ることができる塗布膜の乾燥方法及び乾燥装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の塗布膜の乾燥方法は、基板上に塗布された液体材料の塗布膜を加熱乾燥させる乾燥方法であって、貫通孔が設けられた部材を、前記基板に対して所定の距離に配置し、前記塗布膜の蒸発を抑制するに際して、前記基板と前記部材とが向き合う領域内において前記貫通孔を通過するガス量が前記基板の中央部よりも前記基板の縁部の方で小さくなる形状の前記部材を、前記基板に対して配置することを特徴とする。
また本発明の塗布膜の乾燥方法は、基板上に塗布された液体材料の塗布膜を加熱乾燥させる乾燥方法であって、貫通孔が設けられた部材を、前記基板に対して所定の距離に配置し、前記塗布膜の蒸発を抑制するに際して、前記基板と前記部材とが向き合う領域内における前記塗布膜上の蒸気圧が前記基板の中央部よりも前記基板の縁部の方で高くなる形状の前記部材を、前記基板に対して配置することを特徴とする。
さらに本発明の塗布膜の乾燥方法は、前記基板に対して前記部材を配置した状態で前記塗布膜の乾燥を進行させる第１の工程と、前記部材を取り除いた状態で、前記塗布膜の乾燥を、前記第１の工程によって乾燥させた状態からさらに進行させる第２の工程とを有する方法とすることもできる。
【０００８】
本発明の塗布膜の乾燥方法では、貫通孔が設けられた部材を、基板に対して所定の距離に配置し、前記塗布膜の蒸発を抑制することにより、塗布膜内で温度上昇に伴う内部対流が適切に生じるようになるとともに、塗布膜の自己平坦化機能が適切に働くようになる。そのため、塗布膜の急速な蒸発に伴う膜表面の平坦度の低下を抑制できる。また、塗布膜内で温度上昇に伴う内部対流が適切に生じるようになることから、塗布膜内の密度差が生じにくく、塗布膜の成分の均一性が保たれる。したがって、本発明の塗布膜の乾燥方法では、膜厚均一性及び成分均一性の良好な塗布膜を得ることができる。
【０００９】
上記の塗布膜の乾燥方法においては、前記部材を、前記基板に対して、前記塗布膜上の蒸気圧が高まる距離に配置するのが好ましい。
前記部材の配置によって塗布膜上の蒸気圧を高めることにより、塗布膜の蒸発を抑制することができる。
【００１０】
また、上記の塗布膜の乾燥方法においては、前記部材を、前記貫通孔を通過するガス量が前記基板と前記部材とが向き合う領域内で不均一になるように配置するのが好ましい。
前記部材の配置によって、前記貫通孔を通過するガス量を基板と向き合う領域内で不均一にすることにより、前記部材による蒸発抑制効果が塗布膜の面内で不均一となる。そのため、この不均一な蒸発抑制効果を利用して、他の領域に比べて蒸発しやすい領域の蒸発を強く抑制することで、塗布膜全体の蒸発速度を均一にすることが可能となる。塗布膜全体の蒸発速度が均一になることにより、塗布膜の膜厚均一性が向上する。
【００１１】
また、上記の塗布膜の乾燥方法においては、前記部材を、前記貫通孔を通過するガス量が前記基板の縁部と向き合う領域で少なくなるように配置するのが好ましい。
前記部材の配置によって前記貫通孔を通過するガス量を基板の端部と向き合う領域で少なくすることにより、他の領域に比べて、基板の端部での塗布膜の蒸発が強く抑制される。通常、基板の端部は最も蒸発しやすい領域であることから、上記抑制により、塗布膜全体の蒸発速度の均一化が図られる。
【００１２】
また、上記の塗布膜の乾燥方法において、前記塗布膜の乾燥の進行に応じて、前記部材の配置状態を変更してもよい。
前記塗布膜の乾燥の進行に応じて、前記部材の配置状態を変更することにより、塗布膜の精度向上を図りつつ、スループットの低下を抑制できる。すなわち、上述した塗布膜の蒸発の抑制は乾燥時間の増大につながりやすいものの、塗布膜の乾燥の進行に応じて、例えば、蒸発抑制効果が高い時にのみ前記部材を配置することにより、スループットの低下を抑制できる。また、例えば、前記部材の配置によって塗布膜の精度向上を図るのと同時に、前記部材を配置しない場合は、従来よりも短時間で塗布膜を乾燥させることで、スループットの向上を図ることも可能である。
【００１３】
また、上記の目的を達成するために、本発明の塗布膜の乾燥装置は、基板上に塗布された液体材料の塗布膜を加熱乾燥させる乾燥装置であって、貫通孔が設けられるとともに、前記基板の表面に対して所定の距離に配置され、前記塗布膜の蒸発を抑制する蒸発抑制部材を備え、前記貫通孔が、前記基板と向き合う領域内における前記貫通孔を通過するガス量が前記基板の中央部よりも前記基板の縁部の方で小さくなる面積比率で、前記蒸発抑制部材に形成されていることを特徴とする。
また本発明の塗布膜の乾燥装置は、基板上に塗布された液体材料の塗布膜を加熱乾燥させる乾燥装置であって、貫通孔が設けられるとともに、前記基板の表面に対して所定の距離に配置され、前記塗布膜の蒸発を抑制する蒸発抑制部材を備え、前記貫通孔が、前記基板と向き合う領域内における前記塗布膜上の蒸気圧が前記基板の中央部よりも前記基板の縁部の方で高くなる面積比率で、前記蒸発抑制部材に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の塗布膜の乾燥装置は、貫通孔が設けられるとともに、前記基板の表面に対して所定の距離に配置され、前記塗布膜の蒸発を抑制する蒸発抑制部材を備えることから、上述した本発明の塗布方法を実施できる。つまり、前記蒸発抑制部材の配置によって前記塗布膜の蒸発を抑制することにより、塗布膜内で温度上昇に伴う内部対流が適切に生じるようになるとともに、塗布膜の自己平坦化機能が適切に働くようになる。そのため、塗布膜の急速な蒸発に伴う膜表面の平坦度の低下を抑制できる。また、塗布膜内で温度上昇に伴う内部対流が適切に生じるようになることから、塗布膜内の密度差が生じにくく、塗布膜の成分の均一性が保たれる。したがって、本発明の塗布膜の乾燥装置では、膜厚均一性及び成分均一性の良好な塗布膜を得ることができる。
【００１５】
また、上記の塗布膜の乾燥装置においては、前記蒸発抑制部材は、前記基板に対して、前記塗布膜上の蒸気圧が高まる距離に配置されるのが好ましい。
前記蒸発抑制部材の配置によって塗布膜上の蒸気圧を高めることにより、塗布膜の蒸発を抑制することができる。
【００１６】
また、上記の塗布膜の乾燥装置においては、前記蒸発抑制部材は、前記貫通孔の面積比率が前記基板と向き合う領域内で不均一であるのが好ましい。
前記貫通孔の面積比率が基板と向き合う領域内で不均一であることにより、前記貫通孔を通過するガス量が基板と向き合う領域内で不均一となり、これにより、前記部材による蒸発抑制効果が塗布膜の面内で不均一となる。そのため、この不均一な蒸発抑制効果を利用して、他の領域に比べて蒸発しやすい領域の蒸発を強く抑制することで、塗布膜全体の蒸発速度を均一にすることが可能となる。塗布膜全体の蒸発速度が均一になることにより、塗布膜の膜厚均一性が向上する。
【００１７】
また、上記の塗布膜の乾燥装置においては、前記蒸発抑制部材は、前記貫通孔の面積比率が前記基板の縁部と向き合う領域で小さいのが好ましい。
前記貫通孔の面積比率が基板の縁部と向き合う領域で小さいことにより、前記貫通孔を通過するガス量が基板の縁部と向き合う領域で少なくなり、これに伴い、他の領域に比べて、基板の端部での塗布膜の蒸発が強く抑制される。通常、基板の端部は最も蒸発しやすい領域であることから、上記抑制により、塗布膜全体の蒸発速度の均一化が図られる。
【００１８】
また、上記の塗布膜の乾燥装置において、前記蒸発抑制部材は、前記基板の側部を囲む側壁部を含んでもよい。
前記蒸発抑制部材が前記基板の側部を囲む側壁部を含むことにより、基板の端部での塗布膜の蒸発がより強く抑制される。そのため、塗布膜全体の蒸発速度の均一化をさらに確実に図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る塗布膜の乾燥装置の実施の形態の一例を模式的に示しており、本実施例の乾燥装置は、ホットプレート方式の乾燥装置である。
【００２０】
図１において、乾燥装置１０は、基板２０が搭載されるホットプレート２１、ホットプレート２１を加熱する加熱装置２２、ホットプレート２１が収容されるチャンバ２３、チャンバ２３内からガスを排出してチャンバ２３内を減圧する真空ポンプ等を含む減圧装置２４、及びこれらを統括的に制御する制御装置２５等を備えて構成されている。
【００２１】
基板２０としては、本実施例では、半導体素子の製造に用いられるシリコンからなるウエハが用いられる。すなわち、本実施例は、半導体素子の製造プロセスに用いられる乾燥装置に本発明を適用したものである。なお、本発明が適用される乾燥装置は、半導体素子の製造プロセス用に限定されず、液晶表示素子、ＥＬ素子、撮像素子（ＣＣＤ）、磁気ヘッド等のデバイスの他、カラーフィルタやタッチパネル等の装置の製造プロセス用としても適用可能である。そのため、本発明に用いられる基板としては、シリコン基板に限らず、ガラス基板、石英基板、セラミックス基板、金属基板、あるいはプラスチック基板等、他の材質の基板も適用される。
【００２２】
基板２０は、不図示の塗布装置によりレジスト等の液体材料が表面に塗布された後、不図示の搬送装置によりチャンバ２３内に搬送され、ホットプレート２１上に搭載される。なお、液体材料を基板に塗布する技術としては、基板上に液体材料を滴下するとともに、基板を回転させて基板上に塗布膜を形成するスピンコート法、ローラに液体材料を付着させ、それを基板上に転写して塗布膜を形成するロールコート法、インクジェットヘッドに設けられた複数のノズルから液体材料を液滴として吐出し、その液滴を基板上に繰り返し付着させて塗布膜を形成するインクジェット法など、種々の塗布技術が適用される。また、本発明に用いられる液体材料としては、レジスト（フォトレジスト）等の放射線感光液に限定されず、カラーインク、保護膜用液体材料、または塗布シリコン酸化膜を形成するための液体材料であるＳＯＧ（Spin On Glass）、低誘電率層間絶縁膜を形成するためのＬow-k材料、またはＰＩ膜など機能性膜用液体材料などの他の液体材料も適用可能である。
【００２３】
ホットプレート２１は、基板２０が搭載される表面が高い平面度を有して形成されており、ホットプレート２１には、基板２０を保持するための真空吸着用の孔や、リフトアップ用の機構（いずれも不図示）等が設けられている。
【００２４】
加熱装置２２は、ホットプレート２１を加熱するヒータ（電熱線などを含む）、ホットプレート２１の温度を計測する計測器、計測器からの計測結果に基づいてヒータを制御する温調器（いずれも不図示）等を備えて構成されており、ホットプレート２１を所定の温度に加熱するとともに、所定の温度範囲内にホットプレート２１を温調する。
【００２５】
本実施例の乾燥装置１０では、所定の温度に加熱されたホットプレート２１上に、塗布膜３０が形成された基板２０が搭載されることにより、ホットプレート２１の熱が基板２０に伝達され、塗布膜３０が加熱乾燥される。なお、本実施例では、基板２０は、真空圧によってホットプレート２１に吸着保持されており、ホットプレート２１の熱が基板２０の面内に均一に伝達される。
【００２６】
また、加熱乾燥時、基板２０上の塗布膜３０の表面からは、塗布膜３０に含まれる溶剤が蒸発する。基板２０が収容されるチャンバ２３内は、減圧装置２４によってガス排出（減圧処理）されており、塗布膜３０から蒸発した溶媒成分は、前記ガスとともにチャンバ２３内から排出される。
【００２７】
さて、本実施例の乾燥装置１０では、塗布膜３０に含まれる溶媒の蒸発を抑制する蒸発抑制カバー３１を備えており、加熱乾燥時、この蒸発抑制カバー３１が基板２０を覆うようにホットプレート２１上に配置される。本例では、蒸発抑制カバー３１は、ホットプレート２１に基板２０が搭載された時点で、不図示の駆動系を介して配置される。
【００２８】
図２は、上記蒸発抑制カバー３１の構成の一例を示しており、（ａ）は、上記蒸発抑制カバー３１の平面図、（ｂ）は、上記蒸発抑制カバー３１の縦断面図である。
図２において、蒸発抑制カバー３１は、一面が開放された箱状に形成されており、略円板状に形成され基板２０と略平行に配置される上面部３３と、略円筒状に形成され基板２０の側部を囲むように配置される側壁部３４とを含む。側壁部３４の高さは、上述したホットプレート２１上に蒸発抑制カバー３１を配置した際に、塗布膜３０上の蒸気圧が高まるような値に定められている。また、側壁部３４の内径は、基板２０の外径に比べてわずかに大きい値に定められている。
【００２９】
また、蒸発抑制カバー３１の上面部３３は、複数の貫通孔３２ａからなる開口３２を有する。図２に示すように、本例では、開口３２（貫通孔３２ａ）は、上面部３３の面内で面積比率（領域内における開口面積の比率）が不均一に形成されており、中心部で面積比率が大きく縁部で小さい。すなわち、開口３２を構成する複数の貫通孔３２ａが、上面部３３の面内でほぼ同じピッチに配列されるとともに、その内径が中心部で大きく縁部に向かって小さく形成されている。
【００３０】
図１に戻り、蒸発抑制カバー３１は、その中心が基板２０の中心の真上に位置するように配置される。この配置により、蒸発抑制カバー３１の上面部３３が基板２０の表面に向き合い、側壁部３４が基板２０の端部周囲を囲む。また、基板２０の中心部が、蒸発抑制カバー３１の上面部３３のうち、開口３２（貫通孔３２ａ）の面積比率の大きい領域と向き合い、基板２０の端部が、上記上面部３３のうち、貫通孔３２ａの面積比率が小さい領域と向き合う。
【００３１】
本実施例の乾燥装置１０では、上記蒸発抑制カバー３１を配置することにより、基板２０上の塗布膜３０の蒸発を抑制する。すなわち、基板２０上の塗布膜３０を蒸発抑制カバー３１で覆うことにより、塗布膜３０上の蒸気圧が高まり、塗布膜３０からの溶媒の蒸発が抑制される。
【００３２】
このように、加熱乾燥時において、塗布膜３０の蒸発を抑制することにより、塗布膜３０内で温度上昇に伴う内部対流が適切に生じるようになるとともに、塗布膜３０の自己平坦化機能が適切に働くようになる。そのため、本実施例の乾燥装置１０では、蒸発抑制カバー３１の配置により、塗布膜３０の急速な蒸発に伴う膜表面の平坦度の低下が抑制される。
【００３３】
また、蒸発抑制カバー３１には、貫通孔３２ａが設けられており、塗布膜３０から蒸発した溶剤成分は、この貫通孔３２ａを介して蒸発抑制カバー３１内から排出される。本実施例の蒸発抑制カバー３１は、開口３２（貫通孔３２ａ）の面積比率が基板２０と向き合う領域内で不均一であることから、貫通孔３２ａを通過するガス量が基板２０と向き合う領域内で不均一になり、これに伴い、蒸発抑制カバー３１による上述した蒸発抑制効果が塗布膜３０の面内で不均一となる。本実施例の場合、貫通孔３２ａの面積比率が基板２０の縁部と向き合う領域で小さいので、貫通孔３２ａを通過するガス量が基板２０の縁部と向き合う領域で少なくなる。そのため、他の領域に比べて、基板２０の端部での塗布膜３０の蒸発が強く抑制される。前述したように、通常、基板２０の端部が最も蒸発しやすい領域であることから、基板２０端部の蒸発が強く抑制されることにより、塗布膜３０全体の蒸発速度の均一化が図られる。
【００３４】
さらに、蒸発抑制カバー３１には、基板２０の側部を囲む側壁部３４が設けられており、この側壁部３４は基板２０の端部のすぐ側に配置されることから、塗布膜３０から蒸発した溶媒成分が周囲に拡散しにくい。そのため、この側壁部３４の内側で蒸気圧が高まるなどにより、基板２０の端部での塗布膜３０の蒸発がさらに強く抑制される。そのため、塗布膜３０全体の蒸発速度の均一化がより確実に図られる。
【００３５】
このように、本実施例によれば、基板上の塗布膜の蒸発を抑制及び制御することにより、塗布膜３０全体の蒸発速度の均一化を図ることができる。そのため、加熱乾燥後の塗布膜３０の平坦度を向上させることができる。特に、基板の縁部において強く蒸発を抑制するので、加熱乾燥による基板端部の塗布膜の盛り上がりを防ぐことが可能となる。
【００３６】
なお、本実施例では、蒸発抑制カバーの配置により、塗布膜から揮発した溶剤分の濃度が高い空間の領域がチャンバ内で制限される。そのため、溶剤雰囲気の対策に要する負荷を低減することが可能となる。
【００３７】
次に、図３及び図４は、上述した蒸発抑制カバーの他の構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
図３に示す蒸発抑制カバー４１は、図２に示した例と異なり、全体が矩形に形成されている。具体的には、本例の蒸発抑制カバー４１は、矩形の板状に形成される上面部４３と、略角筒状に形成される側壁部４４とを含む。側壁部４３の高さや、側壁部４４の面間距離は、図２に示した蒸発抑制カバー３１と同様に定められている。
【００３８】
また、上面部４１に設けられる開口４２（貫通孔４２ａ）は、上面部４３の面内で面積比率（領域内における開口面積の比率）が不均一に形成されている。すなわち、上記面積比率は、中心部で大きく、縁部で小さい。さらに、上面部４３の四隅において、最も面積比率が小さく形成されている。より具体的には、本例の蒸発抑制カバー４１では、開口４２を構成する複数の貫通孔４２ａが、上面部４３の面内でほぼ同じピッチに配列されるとともに、その内径が中心部で最も大きく、縁部で小さく、四隅で最も小さく形成されている。
【００３９】
本例の蒸発抑制カバー４１を用いて加熱乾燥した場合、前述した図２の例と同様に、基板２０上の塗布面の蒸発を抑制及び制御することができる。特に、本例の場合、蒸発抑制カバー４１の四隅に位置する基板上の領域で塗布膜の蒸発がより抑制される。なお、本例の蒸発抑制カバー４１は、上述した実施例で示した半導体素子製造用のシリコンウエハ等の円形の基板に用いてもよく、あるいは液晶表示素子製造用のガラスプレート等の矩形の基板に用いてもよい。上記蒸発抑制カバー４１を矩形の基板に用いることにより、設置スペースの効率化を図ることが可能である。
【００４０】
図４に示す蒸発抑制カバー５１は、上述した各例と異なり、上部が湾曲して形成されている。具体的には、本例の蒸発抑制カバー５１は、上面部５３と、側壁部５４とを含み、上面部５３は、中心が外方（上方）に向かって湾曲して形成されている。また、本例では、開口５２（貫通孔５２ａ）は、上面部５３の面内で面積比率が均一に形成されている。すなわち、開口５２を構成する複数の貫通孔５２ａが、面内でほぼ同じピッチに配列されるとともに、その内径も同じ大きさで形成されている。
【００４１】
本例の蒸発抑制カバー５１を用いて加熱乾燥した場合、上述した各例と同様に、基板２０上の塗布面の蒸発を抑制及び制御することができる。特に、本例の場合、上面部５３が湾曲して形成されており、基板２０と上面部５３との距離が大きい中心部に比べて、その距離が小さい基板２０の端部付近のほうが、塗布膜上の蒸気圧が高まる。すなわち、本例では、開口５２（貫通孔５２ａ）の面積比率が均一に形成されているものの、上面部５３と基板２０との距離の差によって、蒸発抑制カバー５１による上述した蒸発抑制効果が塗布膜の面内で不均一となる。これにより、蒸気圧の高まりやすい基板２０端部で塗布膜の蒸発が最も抑制され、塗布膜全体の蒸発速度の均一化が図られる。
【００４２】
以上説明したように、蒸発抑制カバーは、様々な形状に変更可能である。また、上述した各例では、開口は、複数の貫通孔からなるいわゆるメッシュ状に形成されているが、これに限定されず、貫通孔を少なくとも１箇所に設けるだけでもよい。また、その貫通孔の形状も、円形に限らず、他の形状でもよい。貫通孔の形状によっても、塗布膜の蒸発を面内分布を制御することが可能である。さらに、開口（貫通孔）を開閉する扉と、その扉を開閉動作する駆動系とを設け、開口を開閉制御してもよい。
【００４３】
なお、蒸発抑制カバーは、基板に近づけて配置されることから、その材質は、発塵の少ないものが好ましい。蒸発抑制カバーの材質としては、ＳＵＳ系、アルミ系などの金属の他に、ホットプレートの加熱温度に耐えうる耐熱性を有する耐熱樹脂やセラミックスでもよい。なお、蒸発抑制カバーの熱容量が大きいと、輻射熱などにより基板表面の塗布膜に熱影響を与えることが考えられることから、熱影響を避けたい場合は放熱性に優れる材質を選択するとよい。
【００４４】
また、上述した実施例では、乾燥方式としてホットプレート方式を用いているが、加熱炉（ベーク炉）内に基板を配置して塗布膜を加熱乾燥させる炉内ベーク方式にも本発明を適用できる。
【００４５】
さて、上述したように、本発明では、基板上の塗布膜の蒸発を抑制及び制御することにより、加熱乾燥後の塗布膜の平坦度を向上させることができる。しかしながら、塗布面からの蒸発を抑制すると、乾燥時間が増大し、スループットの低下を招く可能性がある。そのため、加熱乾燥中、蒸発抑制カバーを常に同じ状態に配置しておくのではなく、塗布膜の乾燥の進行に応じて、蒸発抑制カバーの配置状態を変更してもよい。
【００４６】
図５は、塗布膜の乾燥の進行に応じて、蒸発抑制カバーの配置状態を変更する場合の乾燥方法の手順の一例を模式的に示す図である。
図５において、本例では、乾燥装置は、ホットプレート２１ａ、２１ｂを複数（ここでは２つ）備えており、まず、一方のホットプレート２１ａに塗布基板２０を搭載して所定時間加熱し、その後、その基板２０をもう一方のホットプレート２１ｂに搭載して所定時間加熱する。
【００４７】
また、本例では、先のホットプレート２１ａで塗布基板２０を加熱乾燥する際には、上述した蒸発抑制カバー３１で基板２０を覆い、後のホットプレート２１ｂでの加熱の際には、蒸発抑制カバー３１を用いない。この場合、先のホットプレート２１ａ上での加熱乾燥時、塗布膜３０の蒸発が抑制及び制御されることにより、上述したように、塗布膜３０の平坦化が図られる。一方、後のホットプレート２１ｂでの加熱乾燥の際には、基板２０上の塗布膜３０はある程度すでに乾燥していることから、蒸発抑制カバー３１を用いなくても塗布膜３０の平坦度が保たれる。そのため、蒸発抑制カバー３１によって乾燥時間が増大する場合にも、その影響を一方のホットプレート２１ａでの乾燥のみに限定できる。
【００４８】
このように、蒸発抑制効果が高い時にのみ、蒸発抑制カバーを基板上に配置して塗布膜の蒸発を抑制及び制御することにより、塗布膜の精度向上を図りつつ、スループットの低下を抑制できる。なお、後のホットプレートを用いた加熱乾燥では、乾燥条件が塗布膜の平坦度に大きく影響を与えないことから、より短時間で乾燥するように乾燥条件を設定することにより、スループットの向上を図ることも可能である。また、蒸発抑制カバーを先に設置するか後に設置するかは、塗布膜や乾燥条件によって変更されうる。また、ここでは、蒸発抑制カバーの配置・非配置を変更するのに、加熱場所を複数用意し基板を移す場合の例について説明したが、一つの加熱場所で蒸発抑制カバーの設置・非設置の変更を実施してもよい。すなわち、ある程度乾燥するまで蒸発抑制カバーを基板上に配置しておき、所定時間経過後、その蒸発抑制カバーを外してもよい。また、蒸発抑制カバーの開口（貫通孔）に開閉用の扉が設けられている場合は、塗布膜の乾燥の進行に応じてその扉を開閉制御してもよい。
【００４９】
また、上記例では、蒸発抑制カバーを設置するか否かを選択する例について説明したが、塗布膜の乾燥の進行に応じて、蒸発抑制カバーの開口（貫通孔）の状態を変更してもよい。この場合、異なる貫通孔が設けられえた蒸発抑制カバーを入れ替え配置してもよく、貫通孔の形状を制御する部材を駆動することにより、貫通孔の状態を変更してもよい。こうした制御によって、塗布膜の蒸発をより細かく制御することにより、乾燥後の塗布膜の平坦度をより向上させることが可能である。
【００５０】
なお、上述したように、本発明の塗布膜の乾燥方法及び乾燥装置を用いることにより、膜厚均一性及び成分均一性の良好な塗布膜を得られることから、半導体素子の製造に際し、高精度あるいは高品質なデバイスを製造することが可能となる。上述した実施例では、半導体素子の製造プロセスに本発明を適用した例を示したが、他の製造プロセスに本発明を適用することにより、液晶表示素子、ＥＬ素子、撮像素子（ＣＣＤ）、磁気ヘッド等のデバイスの他、カラーフィルタやタッチパネル等の装置等、各種デバイスあるいは装置の高品質化を図ることができる。
【００５１】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の塗布膜の乾燥方法及び乾燥装置によれば、貫通孔が設けられた部材を、基板に対して所定の距離に配置し、塗布膜の蒸発を抑制することにより、塗布膜の急速な蒸発に伴う膜表面の平坦度の低下を抑制できる。また、塗布膜の蒸発が抑制されることにより、塗布膜内の密度差が生じにくくなり、塗布膜の成分の均一性が保たれる。したがって、膜厚均一性及び成分均一性の良好な塗布膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る塗布膜の乾燥装置の実施の形態の一例を模式的に示す図である。
【図２】 蒸発抑制カバーの構成の一例を示しており、（ａ）は蒸発抑制カバーの平面図、（ｂ）は蒸発抑制カバーの縦断面図である。
【図３】 蒸発抑制カバーの他の構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図４】 蒸発抑制カバーの他の構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図５】 塗布膜の乾燥の進行に応じて、蒸発抑制カバーの配置状態を変更する場合の乾燥方法の手順の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０…乾燥装置 ２０…基板 ２１…ホットプレート ２３…チャンバ
２４…減圧装置 ２５…制御装置 ３０…塗布膜
３１，４１，５１…蒸発抑制カバー ３２，４２，５２…開口
３２ａ，４２ａ，５２ａ…貫通孔 ３３，４３，５３…上面部
３４，４４，５４…側壁部
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗布膜の乾燥方法及びその装置に関し、特に、基板上に塗布された液体材料の塗布膜を加熱乾燥させる塗布膜の乾燥方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基板上に塗布された液体材料（フォトレジストなど）の塗布膜を乾燥（あるいは焼成）させる技術としては、加熱炉（ベーク炉）内に基板を配置して塗布膜を加熱乾燥させる炉内ベーク方式、プレート（ホットプレート）上に基板を搭載しそのプレートを介して塗布膜を加熱乾燥させるホットプレート方式、密閉可能なチャンバ内に基板を配置してチャンバ内を減圧し、塗布膜を減圧乾燥させる減圧方式などが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術のうち、炉内ベーク方式やホットプレート方式などの塗布膜を加熱乾燥させる技術では、塗布膜が加熱されて温度上昇するのに伴い、塗布膜の表面から溶媒が急速に蒸発する。この場合、塗布膜の急速な蒸発に伴い、膜表面の平坦度の低下を招きやすい。すなわち、塗布膜の表面から溶媒が急速に蒸発すると、塗布膜の表面が先に乾燥し、塗布膜の温度上昇の過程で充分な内部対流が生じず、膜表面の平坦度が低下する。また、塗布膜の表面が先に乾燥することで、重力による膜表面の自己平坦化機能（セルフレベリング機能）が働かなくなり、膜表面の平坦度が低下する。こうした膜表面における平坦度の低下は、塗布膜の膜厚精度の低下につながる。
【０００４】
また、塗布膜の表面から溶媒が急速に蒸発すると、塗布膜内で密度差が生じ、塗布膜の成分の均一性が低下しやすい。
【０００５】
さらに、塗布膜は、蒸発した溶媒成分が周囲に拡散しやすいなどの理由から、通常、基板の端部付近が最も蒸発が速い。蒸発が速い結果、基板の端部では、乾燥によって塗布膜が盛り上がるなど、他の領域に比べて塗布膜の膜厚が変化しやすい。このように、蒸発速度が塗布膜の面内で不均一であると、膜厚精度の均一性の低下を招きやすい。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、加熱乾燥に伴う膜表面の平坦度の低下を抑制し、膜厚均一性及び成分均一性の良好な塗布膜を得ることができる塗布膜の乾燥方法及び乾燥装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の塗布膜の乾燥方法は、基板上に塗布された液体材料の塗布膜を加熱乾燥させる乾燥方法であって、貫通孔が設けられた部材を、前記基板に対して所定の距離に配置し、前記塗布膜の蒸発を抑制するに際して、前記基板と前記部材とが向き合う領域内において前記貫通孔を通過するガス量が前記基板の中央部よりも前記基板の縁部の方で小さくなる形状の前記部材を、前記基板に対して配置することを特徴とする。
また本発明の塗布膜の乾燥方法は、基板上に塗布された液体材料の塗布膜を加熱乾燥させる乾燥方法であって、貫通孔が設けられた部材を、前記基板に対して所定の距離に配置し、前記塗布膜の蒸発を抑制するに際して、前記基板と前記部材とが向き合う領域内における前記塗布膜上の蒸気圧が前記基板の中央部よりも前記基板の縁部の方で高くなる形状の前記部材を、前記基板に対して配置することを特徴とする。
さらに本発明の塗布膜の乾燥方法は、前記基板に対して前記部材を配置した状態で前記塗布膜の乾燥を進行させる第１の工程と、前記部材を取り除いた状態で、前記塗布膜の乾燥を、前記第１の工程によって乾燥させた状態からさらに進行させる第２の工程とを有する方法とすることもできる。
【０００８】
本発明の塗布膜の乾燥方法では、貫通孔が設けられた部材を、基板に対して所定の距離に配置し、前記塗布膜の蒸発を抑制することにより、塗布膜内で温度上昇に伴う内部対流が適切に生じるようになるとともに、塗布膜の自己平坦化機能が適切に働くようになる。そのため、塗布膜の急速な蒸発に伴う膜表面の平坦度の低下を抑制できる。また、塗布膜内で温度上昇に伴う内部対流が適切に生じるようになることから、塗布膜内の密度差が生じにくく、塗布膜の成分の均一性が保たれる。したがって、本発明の塗布膜の乾燥方法では、膜厚均一性及び成分均一性の良好な塗布膜を得ることができる。
【０００９】
上記の塗布膜の乾燥方法においては、前記部材を、前記基板に対して、前記塗布膜上の蒸気圧が高まる距離に配置するのが好ましい。
前記部材の配置によって塗布膜上の蒸気圧を高めることにより、塗布膜の蒸発を抑制することができる。
【００１０】
また、上記の塗布膜の乾燥方法においては、前記部材を、前記貫通孔を通過するガス量が前記基板と前記部材とが向き合う領域内で不均一になるように配置するのが好ましい。
前記部材の配置によって、前記貫通孔を通過するガス量を基板と向き合う領域内で不均一にすることにより、前記部材による蒸発抑制効果が塗布膜の面内で不均一となる。そのため、この不均一な蒸発抑制効果を利用して、他の領域に比べて蒸発しやすい領域の蒸発を強く抑制することで、塗布膜全体の蒸発速度を均一にすることが可能となる。塗布膜全体の蒸発速度が均一になることにより、塗布膜の膜厚均一性が向上する。
【００１１】
また、上記の塗布膜の乾燥方法においては、前記部材を、前記貫通孔を通過するガス量が前記基板の縁部と向き合う領域で少なくなるように配置するのが好ましい。
前記部材の配置によって前記貫通孔を通過するガス量を基板の端部と向き合う領域で少なくすることにより、他の領域に比べて、基板の端部での塗布膜の蒸発が強く抑制される。通常、基板の端部は最も蒸発しやすい領域であることから、上記抑制により、塗布膜全体の蒸発速度の均一化が図られる。
【００１２】
また、上記の塗布膜の乾燥方法において、前記塗布膜の乾燥の進行に応じて、前記部材の配置状態を変更してもよい。
前記塗布膜の乾燥の進行に応じて、前記部材の配置状態を変更することにより、塗布膜の精度向上を図りつつ、スループットの低下を抑制できる。すなわち、上述した塗布膜の蒸発の抑制は乾燥時間の増大につながりやすいものの、塗布膜の乾燥の進行に応じて、例えば、蒸発抑制効果が高い時にのみ前記部材を配置することにより、スループットの低下を抑制できる。また、例えば、前記部材の配置によって塗布膜の精度向上を図るのと同時に、前記部材を配置しない場合は、従来よりも短時間で塗布膜を乾燥させることで、スループットの向上を図ることも可能である。
【００１３】
また、上記の目的を達成するために、本発明の塗布膜の乾燥装置は、基板上に塗布された液体材料の塗布膜を加熱乾燥させる乾燥装置であって、貫通孔が設けられるとともに、前記基板の表面に対して所定の距離に配置され、前記塗布膜の蒸発を抑制する蒸発抑制部材を備え、前記貫通孔が、前記基板と向き合う領域内における前記貫通孔を通過するガス量が前記基板の中央部よりも前記基板の縁部の方で小さくなる面積比率で、前記蒸発抑制部材に形成されていることを特徴とする。
また本発明の塗布膜の乾燥装置は、基板上に塗布された液体材料の塗布膜を加熱乾燥させる乾燥装置であって、貫通孔が設けられるとともに、前記基板の表面に対して所定の距離に配置され、前記塗布膜の蒸発を抑制する蒸発抑制部材を備え、前記貫通孔が、前記基板と向き合う領域内における前記塗布膜上の蒸気圧が前記基板の中央部よりも前記基板の縁部の方で高くなる面積比率で、前記蒸発抑制部材に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の塗布膜の乾燥装置は、貫通孔が設けられるとともに、前記基板の表面に対して所定の距離に配置され、前記塗布膜の蒸発を抑制する蒸発抑制部材を備えることから、上述した本発明の塗布方法を実施できる。つまり、前記蒸発抑制部材の配置によって前記塗布膜の蒸発を抑制することにより、塗布膜内で温度上昇に伴う内部対流が適切に生じるようになるとともに、塗布膜の自己平坦化機能が適切に働くようになる。そのため、塗布膜の急速な蒸発に伴う膜表面の平坦度の低下を抑制できる。また、塗布膜内で温度上昇に伴う内部対流が適切に生じるようになることから、塗布膜内の密度差が生じにくく、塗布膜の成分の均一性が保たれる。したがって、本発明の塗布膜の乾燥装置では、膜厚均一性及び成分均一性の良好な塗布膜を得ることができる。
【００１５】
また、上記の塗布膜の乾燥装置においては、前記蒸発抑制部材は、前記基板に対して、前記塗布膜上の蒸気圧が高まる距離に配置されるのが好ましい。
前記蒸発抑制部材の配置によって塗布膜上の蒸気圧を高めることにより、塗布膜の蒸発を抑制することができる。
【００１６】
また、上記の塗布膜の乾燥装置においては、前記蒸発抑制部材は、前記貫通孔の面積比率が前記基板と向き合う領域内で不均一であるのが好ましい。
前記貫通孔の面積比率が基板と向き合う領域内で不均一であることにより、前記貫通孔を通過するガス量が基板と向き合う領域内で不均一となり、これにより、前記部材による蒸発抑制効果が塗布膜の面内で不均一となる。そのため、この不均一な蒸発抑制効果を利用して、他の領域に比べて蒸発しやすい領域の蒸発を強く抑制することで、塗布膜全体の蒸発速度を均一にすることが可能となる。塗布膜全体の蒸発速度が均一になることにより、塗布膜の膜厚均一性が向上する。
【００１７】
また、上記の塗布膜の乾燥装置においては、前記蒸発抑制部材は、前記貫通孔の面積比率が前記基板の縁部と向き合う領域で小さいのが好ましい。
前記貫通孔の面積比率が基板の縁部と向き合う領域で小さいことにより、前記貫通孔を通過するガス量が基板の縁部と向き合う領域で少なくなり、これに伴い、他の領域に比べて、基板の端部での塗布膜の蒸発が強く抑制される。通常、基板の端部は最も蒸発しやすい領域であることから、上記抑制により、塗布膜全体の蒸発速度の均一化が図られる。
【００１８】
また、上記の塗布膜の乾燥装置において、前記蒸発抑制部材は、前記基板の側部を囲む側壁部を含んでもよい。
前記蒸発抑制部材が前記基板の側部を囲む側壁部を含むことにより、基板の端部での塗布膜の蒸発がより強く抑制される。そのため、塗布膜全体の蒸発速度の均一化をさらに確実に図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る塗布膜の乾燥装置の実施の形態の一例を模式的に示しており、本実施例の乾燥装置は、ホットプレート方式の乾燥装置である。
【００２０】
図１において、乾燥装置１０は、基板２０が搭載されるホットプレート２１、ホットプレート２１を加熱する加熱装置２２、ホットプレート２１が収容されるチャンバ２３、チャンバ２３内からガスを排出してチャンバ２３内を減圧する真空ポンプ等を含む減圧装置２４、及びこれらを統括的に制御する制御装置２５等を備えて構成されている。
【００２１】
基板２０としては、本実施例では、半導体素子の製造に用いられるシリコンからなるウエハが用いられる。すなわち、本実施例は、半導体素子の製造プロセスに用いられる乾燥装置に本発明を適用したものである。なお、本発明が適用される乾燥装置は、半導体素子の製造プロセス用に限定されず、液晶表示素子、ＥＬ素子、撮像素子（ＣＣＤ）、磁気ヘッド等のデバイスの他、カラーフィルタやタッチパネル等の装置の製造プロセス用としても適用可能である。そのため、本発明に用いられる基板としては、シリコン基板に限らず、ガラス基板、石英基板、セラミックス基板、金属基板、あるいはプラスチック基板等、他の材質の基板も適用される。
【００２２】
基板２０は、不図示の塗布装置によりレジスト等の液体材料が表面に塗布された後、不図示の搬送装置によりチャンバ２３内に搬送され、ホットプレート２１上に搭載される。なお、液体材料を基板に塗布する技術としては、基板上に液体材料を滴下するとともに、基板を回転させて基板上に塗布膜を形成するスピンコート法、ローラに液体材料を付着させ、それを基板上に転写して塗布膜を形成するロールコート法、インクジェットヘッドに設けられた複数のノズルから液体材料を液滴として吐出し、その液滴を基板上に繰り返し付着させて塗布膜を形成するインクジェット法など、種々の塗布技術が適用される。また、本発明に用いられる液体材料としては、レジスト（フォトレジスト）等の放射線感光液に限定されず、カラーインク、保護膜用液体材料、または塗布シリコン酸化膜を形成するための液体材料であるＳＯＧ（Spin On Glass）、低誘電率層間絶縁膜を形成するためのＬow-k材料、またはＰＩ膜など機能性膜用液体材料などの他の液体材料も適用可能である。
【００２３】
ホットプレート２１は、基板２０が搭載される表面が高い平面度を有して形成されており、ホットプレート２１には、基板２０を保持するための真空吸着用の孔や、リフトアップ用の機構（いずれも不図示）等が設けられている。
【００２４】
加熱装置２２は、ホットプレート２１を加熱するヒータ（電熱線などを含む）、ホットプレート２１の温度を計測する計測器、計測器からの計測結果に基づいてヒータを制御する温調器（いずれも不図示）等を備えて構成されており、ホットプレート２１を所定の温度に加熱するとともに、所定の温度範囲内にホットプレート２１を温調する。
【００２５】
本実施例の乾燥装置１０では、所定の温度に加熱されたホットプレート２１上に、塗布膜３０が形成された基板２０が搭載されることにより、ホットプレート２１の熱が基板２０に伝達され、塗布膜３０が加熱乾燥される。なお、本実施例では、基板２０は、真空圧によってホットプレート２１に吸着保持されており、ホットプレート２１の熱が基板２０の面内に均一に伝達される。
【００２６】
また、加熱乾燥時、基板２０上の塗布膜３０の表面からは、塗布膜３０に含まれる溶剤が蒸発する。基板２０が収容されるチャンバ２３内は、減圧装置２４によってガス排出（減圧処理）されており、塗布膜３０から蒸発した溶媒成分は、前記ガスとともにチャンバ２３内から排出される。
【００２７】
さて、本実施例の乾燥装置１０では、塗布膜３０に含まれる溶媒の蒸発を抑制する蒸発抑制カバー３１を備えており、加熱乾燥時、この蒸発抑制カバー３１が基板２０を覆うようにホットプレート２１上に配置される。本例では、蒸発抑制カバー３１は、ホットプレート２１に基板２０が搭載された時点で、不図示の駆動系を介して配置される。
【００２８】
図２は、上記蒸発抑制カバー３１の構成の一例を示しており、（ａ）は、上記蒸発抑制カバー３１の平面図、（ｂ）は、上記蒸発抑制カバー３１の縦断面図である。
図２において、蒸発抑制カバー３１は、一面が開放された箱状に形成されており、略円板状に形成され基板２０と略平行に配置される上面部３３と、略円筒状に形成され基板２０の側部を囲むように配置される側壁部３４とを含む。側壁部３４の高さは、上述したホットプレート２１上に蒸発抑制カバー３１を配置した際に、塗布膜３０上の蒸気圧が高まるような値に定められている。また、側壁部３４の内径は、基板２０の外径に比べてわずかに大きい値に定められている。
【００２９】
また、蒸発抑制カバー３１の上面部３３は、複数の貫通孔３２ａからなる開口３２を有する。図２に示すように、本例では、開口３２（貫通孔３２ａ）は、上面部３３の面内で面積比率（領域内における開口面積の比率）が不均一に形成されており、中心部で面積比率が大きく縁部で小さい。すなわち、開口３２を構成する複数の貫通孔３２ａが、上面部３３の面内でほぼ同じピッチに配列されるとともに、その内径が中心部で大きく縁部に向かって小さく形成されている。
【００３０】
図１に戻り、蒸発抑制カバー３１は、その中心が基板２０の中心の真上に位置するように配置される。この配置により、蒸発抑制カバー３１の上面部３３が基板２０の表面に向き合い、側壁部３４が基板２０の端部周囲を囲む。また、基板２０の中心部が、蒸発抑制カバー３１の上面部３３のうち、開口３２（貫通孔３２ａ）の面積比率の大きい領域と向き合い、基板２０の端部が、上記上面部３３のうち、貫通孔３２ａの面積比率が小さい領域と向き合う。
【００３１】
本実施例の乾燥装置１０では、上記蒸発抑制カバー３１を配置することにより、基板２０上の塗布膜３０の蒸発を抑制する。すなわち、基板２０上の塗布膜３０を蒸発抑制カバー３１で覆うことにより、塗布膜３０上の蒸気圧が高まり、塗布膜３０からの溶媒の蒸発が抑制される。
【００３２】
このように、加熱乾燥時において、塗布膜３０の蒸発を抑制することにより、塗布膜３０内で温度上昇に伴う内部対流が適切に生じるようになるとともに、塗布膜３０の自己平坦化機能が適切に働くようになる。そのため、本実施例の乾燥装置１０では、蒸発抑制カバー３１の配置により、塗布膜３０の急速な蒸発に伴う膜表面の平坦度の低下が抑制される。
【００３３】
また、蒸発抑制カバー３１には、貫通孔３２ａが設けられており、塗布膜３０から蒸発した溶剤成分は、この貫通孔３２ａを介して蒸発抑制カバー３１内から排出される。本実施例の蒸発抑制カバー３１は、開口３２（貫通孔３２ａ）の面積比率が基板２０と向き合う領域内で不均一であることから、貫通孔３２ａを通過するガス量が基板２０と向き合う領域内で不均一になり、これに伴い、蒸発抑制カバー３１による上述した蒸発抑制効果が塗布膜３０の面内で不均一となる。本実施例の場合、貫通孔３２ａの面積比率が基板２０の縁部と向き合う領域で小さいので、貫通孔３２ａを通過するガス量が基板２０の縁部と向き合う領域で少なくなる。そのため、他の領域に比べて、基板２０の端部での塗布膜３０の蒸発が強く抑制される。前述したように、通常、基板２０の端部が最も蒸発しやすい領域であることから、基板２０端部の蒸発が強く抑制されることにより、塗布膜３０全体の蒸発速度の均一化が図られる。
【００３４】
さらに、蒸発抑制カバー３１には、基板２０の側部を囲む側壁部３４が設けられており、この側壁部３４は基板２０の端部のすぐ側に配置されることから、塗布膜３０から蒸発した溶媒成分が周囲に拡散しにくい。そのため、この側壁部３４の内側で蒸気圧が高まるなどにより、基板２０の端部での塗布膜３０の蒸発がさらに強く抑制される。そのため、塗布膜３０全体の蒸発速度の均一化がより確実に図られる。
【００３５】
このように、本実施例によれば、基板上の塗布膜の蒸発を抑制及び制御することにより、塗布膜３０全体の蒸発速度の均一化を図ることができる。そのため、加熱乾燥後の塗布膜３０の平坦度を向上させることができる。特に、基板の縁部において強く蒸発を抑制するので、加熱乾燥による基板端部の塗布膜の盛り上がりを防ぐことが可能となる。
【００３６】
なお、本実施例では、蒸発抑制カバーの配置により、塗布膜から揮発した溶剤分の濃度が高い空間の領域がチャンバ内で制限される。そのため、溶剤雰囲気の対策に要する負荷を低減することが可能となる。
【００３７】
次に、図３及び図４は、上述した蒸発抑制カバーの他の構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
図３に示す蒸発抑制カバー４１は、図２に示した例と異なり、全体が矩形に形成されている。具体的には、本例の蒸発抑制カバー４１は、矩形の板状に形成される上面部４３と、略角筒状に形成される側壁部４４とを含む。側壁部４３の高さや、側壁部４４の面間距離は、図２に示した蒸発抑制カバー３１と同様に定められている。
【００３８】
また、上面部４１に設けられる開口４２（貫通孔４２ａ）は、上面部４３の面内で面積比率（領域内における開口面積の比率）が不均一に形成されている。すなわち、上記面積比率は、中心部で大きく、縁部で小さい。さらに、上面部４３の四隅において、最も面積比率が小さく形成されている。より具体的には、本例の蒸発抑制カバー４１では、開口４２を構成する複数の貫通孔４２ａが、上面部４３の面内でほぼ同じピッチに配列されるとともに、その内径が中心部で最も大きく、縁部で小さく、四隅で最も小さく形成されている。
【００３９】
本例の蒸発抑制カバー４１を用いて加熱乾燥した場合、前述した図２の例と同様に、基板２０上の塗布面の蒸発を抑制及び制御することができる。特に、本例の場合、蒸発抑制カバー４１の四隅に位置する基板上の領域で塗布膜の蒸発がより抑制される。なお、本例の蒸発抑制カバー４１は、上述した実施例で示した半導体素子製造用のシリコンウエハ等の円形の基板に用いてもよく、あるいは液晶表示素子製造用のガラスプレート等の矩形の基板に用いてもよい。上記蒸発抑制カバー４１を矩形の基板に用いることにより、設置スペースの効率化を図ることが可能である。
【００４０】
図４に示す蒸発抑制カバー５１は、上述した各例と異なり、上部が湾曲して形成されている。具体的には、本例の蒸発抑制カバー５１は、上面部５３と、側壁部５４とを含み、上面部５３は、中心が外方（上方）に向かって湾曲して形成されている。また、本例では、開口５２（貫通孔５２ａ）は、上面部５３の面内で面積比率が均一に形成されている。すなわち、開口５２を構成する複数の貫通孔５２ａが、面内でほぼ同じピッチに配列されるとともに、その内径も同じ大きさで形成されている。
【００４１】
本例の蒸発抑制カバー５１を用いて加熱乾燥した場合、上述した各例と同様に、基板２０上の塗布面の蒸発を抑制及び制御することができる。特に、本例の場合、上面部５３が湾曲して形成されており、基板２０と上面部５３との距離が大きい中心部に比べて、その距離が小さい基板２０の端部付近のほうが、塗布膜上の蒸気圧が高まる。すなわち、本例では、開口５２（貫通孔５２ａ）の面積比率が均一に形成されているものの、上面部５３と基板２０との距離の差によって、蒸発抑制カバー５１による上述した蒸発抑制効果が塗布膜の面内で不均一となる。これにより、蒸気圧の高まりやすい基板２０端部で塗布膜の蒸発が最も抑制され、塗布膜全体の蒸発速度の均一化が図られる。
【００４２】
以上説明したように、蒸発抑制カバーは、様々な形状に変更可能である。また、上述した各例では、開口は、複数の貫通孔からなるいわゆるメッシュ状に形成されているが、これに限定されず、貫通孔を少なくとも１箇所に設けるだけでもよい。また、その貫通孔の形状も、円形に限らず、他の形状でもよい。貫通孔の形状によっても、塗布膜の蒸発を面内分布を制御することが可能である。さらに、開口（貫通孔）を開閉する扉と、その扉を開閉動作する駆動系とを設け、開口を開閉制御してもよい。
【００４３】
なお、蒸発抑制カバーは、基板に近づけて配置されることから、その材質は、発塵の少ないものが好ましい。蒸発抑制カバーの材質としては、ＳＵＳ系、アルミ系などの金属の他に、ホットプレートの加熱温度に耐えうる耐熱性を有する耐熱樹脂やセラミックスでもよい。なお、蒸発抑制カバーの熱容量が大きいと、輻射熱などにより基板表面の塗布膜に熱影響を与えることが考えられることから、熱影響を避けたい場合は放熱性に優れる材質を選択するとよい。
【００４４】
また、上述した実施例では、乾燥方式としてホットプレート方式を用いているが、加熱炉（ベーク炉）内に基板を配置して塗布膜を加熱乾燥させる炉内ベーク方式にも本発明を適用できる。
【００４５】
さて、上述したように、本発明では、基板上の塗布膜の蒸発を抑制及び制御することにより、加熱乾燥後の塗布膜の平坦度を向上させることができる。しかしながら、塗布面からの蒸発を抑制すると、乾燥時間が増大し、スループットの低下を招く可能性がある。そのため、加熱乾燥中、蒸発抑制カバーを常に同じ状態に配置しておくのではなく、塗布膜の乾燥の進行に応じて、蒸発抑制カバーの配置状態を変更してもよい。
【００４６】
図５は、塗布膜の乾燥の進行に応じて、蒸発抑制カバーの配置状態を変更する場合の乾燥方法の手順の一例を模式的に示す図である。
図５において、本例では、乾燥装置は、ホットプレート２１ａ、２１ｂを複数（ここでは２つ）備えており、まず、一方のホットプレート２１ａに塗布基板２０を搭載して所定時間加熱し、その後、その基板２０をもう一方のホットプレート２１ｂに搭載して所定時間加熱する。
【００４７】
また、本例では、先のホットプレート２１ａで塗布基板２０を加熱乾燥する際には、上述した蒸発抑制カバー３１で基板２０を覆い、後のホットプレート２１ｂでの加熱の際には、蒸発抑制カバー３１を用いない。この場合、先のホットプレート２１ａ上での加熱乾燥時、塗布膜３０の蒸発が抑制及び制御されることにより、上述したように、塗布膜３０の平坦化が図られる。一方、後のホットプレート２１ｂでの加熱乾燥の際には、基板２０上の塗布膜３０はある程度すでに乾燥していることから、蒸発抑制カバー３１を用いなくても塗布膜３０の平坦度が保たれる。そのため、蒸発抑制カバー３１によって乾燥時間が増大する場合にも、その影響を一方のホットプレート２１ａでの乾燥のみに限定できる。
【００４８】
このように、蒸発抑制効果が高い時にのみ、蒸発抑制カバーを基板上に配置して塗布膜の蒸発を抑制及び制御することにより、塗布膜の精度向上を図りつつ、スループットの低下を抑制できる。なお、後のホットプレートを用いた加熱乾燥では、乾燥条件が塗布膜の平坦度に大きく影響を与えないことから、より短時間で乾燥するように乾燥条件を設定することにより、スループットの向上を図ることも可能である。また、蒸発抑制カバーを先に設置するか後に設置するかは、塗布膜や乾燥条件によって変更されうる。また、ここでは、蒸発抑制カバーの配置・非配置を変更するのに、加熱場所を複数用意し基板を移す場合の例について説明したが、一つの加熱場所で蒸発抑制カバーの設置・非設置の変更を実施してもよい。すなわち、ある程度乾燥するまで蒸発抑制カバーを基板上に配置しておき、所定時間経過後、その蒸発抑制カバーを外してもよい。また、蒸発抑制カバーの開口（貫通孔）に開閉用の扉が設けられている場合は、塗布膜の乾燥の進行に応じてその扉を開閉制御してもよい。
【００４９】
また、上記例では、蒸発抑制カバーを設置するか否かを選択する例について説明したが、塗布膜の乾燥の進行に応じて、蒸発抑制カバーの開口（貫通孔）の状態を変更してもよい。この場合、異なる貫通孔が設けられえた蒸発抑制カバーを入れ替え配置してもよく、貫通孔の形状を制御する部材を駆動することにより、貫通孔の状態を変更してもよい。こうした制御によって、塗布膜の蒸発をより細かく制御することにより、乾燥後の塗布膜の平坦度をより向上させることが可能である。
【００５０】
なお、上述したように、本発明の塗布膜の乾燥方法及び乾燥装置を用いることにより、膜厚均一性及び成分均一性の良好な塗布膜を得られることから、半導体素子の製造に際し、高精度あるいは高品質なデバイスを製造することが可能となる。上述した実施例では、半導体素子の製造プロセスに本発明を適用した例を示したが、他の製造プロセスに本発明を適用することにより、液晶表示素子、ＥＬ素子、撮像素子（ＣＣＤ）、磁気ヘッド等のデバイスの他、カラーフィルタやタッチパネル等の装置等、各種デバイスあるいは装置の高品質化を図ることができる。
【００５１】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の塗布膜の乾燥方法及び乾燥装置によれば、貫通孔が設けられた部材を、基板に対して所定の距離に配置し、塗布膜の蒸発を抑制することにより、塗布膜の急速な蒸発に伴う膜表面の平坦度の低下を抑制できる。また、塗布膜の蒸発が抑制されることにより、塗布膜内の密度差が生じにくくなり、塗布膜の成分の均一性が保たれる。したがって、膜厚均一性及び成分均一性の良好な塗布膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る塗布膜の乾燥装置の実施の形態の一例を模式的に示す図である。
【図２】 蒸発抑制カバーの構成の一例を示しており、（ａ）は蒸発抑制カバーの平面図、（ｂ）は蒸発抑制カバーの縦断面図である。
【図３】 蒸発抑制カバーの他の構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図４】 蒸発抑制カバーの他の構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図５】 塗布膜の乾燥の進行に応じて、蒸発抑制カバーの配置状態を変更する場合の乾燥方法の手順の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０…乾燥装置 ２０…基板 ２１…ホットプレート ２３…チャンバ
２４…減圧装置 ２５…制御装置 ３０…塗布膜
３１，４１，５１…蒸発抑制カバー ３２，４２，５２…開口
３２ａ，４２ａ，５２ａ…貫通孔 ３３，４３，５３…上面部
３４，４４，５４…側壁部
Claims (11)
- 基板上に塗布された液体材料の塗布膜を加熱乾燥させる乾燥方法であって、
貫通孔が設けられた部材を、前記基板に対して所定の距離に配置し、前記塗布膜の蒸発を抑制するに際して、
前記基板と前記部材とが向き合う領域内において前記貫通孔を通過するガス量が前記基板の中央部よりも前記基板の縁部の方で小さくなる形状の前記部材を、前記基板に対して配置することを特徴とする塗布膜の乾燥方法。 - 基板上に塗布された液体材料の塗布膜を加熱乾燥させる乾燥方法であって、
貫通孔が設けられた部材を、前記基板に対して所定の距離に配置し、前記塗布膜の蒸発を抑制するに際して、
前記基板と前記部材とが向き合う領域内における前記塗布膜上の蒸気圧が前記基板の中央部よりも前記基板の縁部の方で高くなる形状の前記部材を、前記基板に対して配置することを特徴とする塗布膜の乾燥方法。 - 前記基板に対して前記部材を配置した状態で前記塗布膜の乾燥を進行させる第１の工程と、
前記部材を取り除いた状態で、前記塗布膜の乾燥を、前記第１の工程によって乾燥させた状態からさらに進行させる第２の工程と
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の塗布膜の乾燥方法。 - 前記基板に対して、前記塗布膜上の蒸気圧が高まる距離に前記部材を配置することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれかに記載の塗布膜の乾燥方法。
- 前記部材の前記貫通孔は、複数形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれかに記載の塗布膜の乾燥方法。
- 基板上に塗布された液体材料の塗布膜を加熱乾燥させる乾燥装置であって、
貫通孔が設けられるとともに、前記基板の表面に対して所定の距離に配置され、前記塗布膜の蒸発を抑制する蒸発抑制部材を備え、
前記貫通孔が、前記基板と向き合う領域内における前記貫通孔を通過するガス量が前記基板の中央部よりも前記基板の縁部の方で小さくなる面積比率で、前記蒸発抑制部材に形成されていることを特徴とする塗布膜の乾燥装置。 - 基板上に塗布された液体材料の塗布膜を加熱乾燥させる乾燥装置であって、
貫通孔が設けられるとともに、前記基板の表面に対して所定の距離に配置され、前記塗布膜の蒸発を抑制する蒸発抑制部材を備え、
前記貫通孔が、前記基板と向き合う領域内における前記塗布膜上の蒸気圧が前記基板の中央部よりも前記基板の縁部の方で高くなる面積比率で、前記蒸発抑制部材に形成されていることを特徴とする塗布膜の乾燥装置。 - 前記蒸発抑制部材は、前記基板に対して、前記塗布膜上の蒸気圧が高まる距離に配置されること特徴とする請求項６または請求項７に記載の塗布膜の乾燥装置。
- 前記蒸発抑制部材は、前記貫通孔を複数有し、前記貫通孔の面積比率が前記基板の縁部と向き合う領域で小さいことを特徴とする請求項８に記載の塗布膜の乾燥装置。
- 前記蒸発抑制部材は、前記貫通孔を複数有し、前記貫通孔の面積比率が前記基板と向き合う領域で均一である一方、前記基板と向き合う領域における前記基板との距離が前記基板の中央部よりも前記基板の縁部の方で小さくなる湾曲形状であることを特徴とする請求項８に記載の塗布膜の乾燥装置。
- 前記蒸発抑制部材は、前記基板の側部を囲む側壁部を含むことを特徴とする請求項６から請求項１０のうちのいずれかに記載の塗布膜の乾燥装置。
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