JP6718216B2 - 基板を被覆する方法および被覆装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラッカーで基板を被覆する方法と、基板にラッカーを塗布するための被覆装置に関する。

マイクロ加工プロセスおよびナノ加工プロセスは、一般に、処理される基板の上に層として塗布されるラッカーを使用する。それらのラッカーを用いて、基板の上に例えばマスクを形成することが可能となり、これを用いて、所望の構造が形成でき、または基板上で処理が達成される。この目的のために、ラッカーは例えば感光性で、光学画像を用いて、所望の構造が、フォトマスクから感光性ラッカーに転写される。

最適の結果を得るために、塗布されたラッカー層には不規則（凹凸）や粒子が無いことが非常に重要である。回転する方法に加えて、スプレー（噴霧）する方法がまた、基板上にラッカーを塗布するために使用され、このスプレー方法では、ラッカーはノズル手段により基板上に噴霧される。特に、基板が地形分布（topography）を有する場合、すなわち基板自体が既に表面上に垂直で３次元の構造を有する場合、最も均質になりそうなラッカー層は、スプレーオンラッカー（spraying-on the lacquer）の方法によってのみ経済的に達成できる。

しかしながら、ラッカーをスプレーした場合、ラッカー層の上にラッカー粒子が形成されるが、ノズルと基板との間を飛んでいる最中に所定の数のラッカー滴は乾燥し、殆ど乾燥したラッカー粒子として、基板の表面またはその位置に存在するラッカーに衝突する。それらのラッカー粒子は、スプレーオンラッカー層の上に集まり、例えば露光のような更なる処理の間に問題となり、最後に作製された基板の上で部分的な欠陥となる。

本発明の目的は、基板上に塗布されたラッカー層が均一でラッカー粒子を有さない方法および装置を提供することである。

この目的は、ラッカーが基板上に噴霧され、次に基板上に塗布されたラッカーに溶剤が噴霧される、ラッカーで基板を被覆する方法で達成される。

続いて、塗布されたラッカーに溶剤を噴霧することにより、基板上に形成された不規則が平坦化され、基板に付着したラッカー粒子が分解され、基板の表面が平坦で（少なくとも本質的に）ラッカー粒子がなくなる。

この文脈の「ラッカー（lacquer）」の用語は、所望の応用に適した溶剤とラッカーの混合物であると理解される。

好適には、溶剤は塗布されたラッカーの上に部分的に噴霧され、これによりラッカーの制御された後処理を可能にする。

１つの具体例では、ラッカーの噴霧と、塗布されたラッカーへの溶剤の塗布と間に、塗布されたラッカーの溶剤比率が減少して、塗布されたラッカーは固定される。ここで「固定する（set）」の用語は、塗布されたラッカーの粘度が増加して、さらなる処理まで塗布されたラッカーがもはや流れないことを意味すると理解される。特に、基板が地形形状を有する場合、ラッカーを固定して、基板のエッジやスロープをラッカーで信頼できるように覆ったままに維持することは重要である。

溶剤を塗布するまでおよび塗布する間、塗布されたラッカーの溶剤比率は、一方では、塗布されたラッカーの粘度が十分に高くてラッカーがこれ以上流れないことを確実にするような範囲に維持しなければならない。他方では、溶剤比率は、溶剤の噴霧中に、ラッカー粒子や不規則がもはや分解や平坦化されない程度にまで低減してはいけない。

好適には、基板および／または塗布されたラッカーは、ラッカーの噴霧中におよび／または噴霧後に加熱され、これにより塗布されたラッカーの溶剤比率は簡単な方法で減らすことができる。

本発明の１つの具体例では、予め決められたスプレーパターンに従って、好ましくは並行に、基板上にラッカーが塗布され、ここでは、溶剤も同様にスプレーパターンに従って塗布されたラッカーの上に噴霧される。これにより、塗布されたラッカーに確実に溶剤が噴霧される。

好適には、基板の上の位置にラッカーが塗布される時点と、この位置に溶剤が塗布される時点の間の時間は一定で、これにより溶剤が塗布された場合に、塗布されたラッカーは常に同じ溶剤比率を有することが確実になる。

本発明の１つの具体例では、ラッカーは、ラッカーノズルの手段で基板上に噴霧され、溶剤は、ラッカーノズルから分離された溶剤ノズルの手段を用いて噴霧され、これにより、基板は迅速で効果的にラッカーで塗布できる。

好適には、ラッカーノズルと溶剤ノズルは、基板の上方を、基板に対して並行に、特に同時に動かされ、２つのノズルに対して１つの駆動メカニズムが必要となる。

好適な具体例では、ラッカーノズルと溶剤ノズルが移動する場合、溶剤ノズルはラッカーノズルの経路に従い、これにより、噴霧されたラッカーに、続いて溶剤が噴霧されるのを確実にするように設定される。

１つの具体例の変形では、ラッカーノズルと溶剤ノズルは、基板に並行な少なくとも１つの面内を、基板の上方の並行な経路で移動し、ここでは、ラッカーノズルと溶剤ノズルとの間の距離は、経路の間の距離の２倍または整数倍で、これにより、一方で、簡単な噴霧パターンが使用でき、他方で、溶剤ノズルがラッカーノズルと同じ経路を確実に通るようにする。

本発明の１つの具体例では、複数のラッカー層が基板上に塗布された場合は、塗布されたラッカーには、最後のラッカー層が塗布された後に溶剤が塗布され、最後の塗布されたラッカー層の不規則およびラッカー粒子が平坦化または除去される。

最後のラッカー層が塗布された場合、このラッカーは、先に塗布されたラッカー層のラッカーよりも大きな溶剤比率を有することができる。これは、塗布されたラッカーに溶剤が噴霧されるまで、ラッカー粒子および不規則の除去がもはや起こらない程度にまで塗布されたラッカーの溶剤比率が減らないことを確実にする。

単一のラッカー層が基板上に塗布された場合でも、使用されるラッカーの溶剤比率は、続いて溶剤を噴霧しない従来のスプレーコートプロセスの場合より高くなるように選択される。

本発明の１つの具体例では、塗布されたラッカーの表面の品質を更に改良するために、塗布されたラッカーに繰り返し溶剤が噴霧される。

溶剤は、アセトンまたはメチルエチルケトンでも良く、それゆえに公知の溶剤を使用しても良い。

目的は、また、特に地形形状を有する基板のような基板にラッカーを塗布するための被覆装置により達成され、この装置は、基板ホルダー、ラッカーノズル、溶剤ノズル、および、その上にラッカーノズルと溶剤ノズルが互いに所定の距離で配置される移動装置、を含み、ラッカーノズルと溶剤ノズルは、基板ホルダーの上を、移動装置の手段により、共に移動できる。ラッカーノズルと共に移動できる分離した溶剤ノズルの手段により、基板の上に塗布されたラッカーに、同じ処理工程で溶剤を噴霧することが可能となり、これにより、塗布されたラッカーの上に集められたラッカー粒子を分解し、噴霧中に形成された不規則を平坦化できる。

好適には、被覆装置は加熱装置を含み、特に基板ホルダーが加熱要素を備え、これにより簡単な方法で、塗布されたラッカーの溶剤比率を減らすことができる。

１つの具体例では、移動装置が、基板ホルダーに平行な少なくとも１つの面の中を、基板ホルダーの上方の平行な経路で、ラッカーノズルと溶剤ノズルを動かし、ラッカーノズルと溶剤ノズルとの間の距離は、経路の間の距離の２倍または整数倍に等しい。

経路の間の距離は、覆われる基板上で、ラッカーノズルにより形成されたラッカージェットの直径におおよそ対応し、これにより基板上にどの位置も残されたり、繰り返し噴霧されたりすることの無いような特別に効果的な方法で、基板を塗布することが可能となる。

ラッカーノズルと溶剤ノズルが平行な経路を移動する間に、それらは、溶剤ノズルとラッカーノズルの双方またはノズルにより形成された双方のジェットが基板のエッジに到達し、またはすでにエッジを超えて移動した場合に、経路の間の距離だけ、経路の長手方向に対して好適には横方向に互いに置き換えられる。

隣り合う経路は、それぞれ互いに逆の移動方向である。

更なる長所と特徴は、以下の記載および参照される添付された図面から明らかになるであろう。図面は以下の通りである。

本発明にかかる被覆装置の側面図を模式的に示す。 図１の被覆装置の平面図を模式的に示す。 本発明にかかる方法で、時間の異なる点における、被覆される基板の断面図をａ〜ｃに模式的に示す。

図１は、基板を被覆し取り扱うために使用される、被覆装置１０を模式的に示す。基板は、例えば続いて更なる処理が行われる半導体である。

被覆装置１０は、基板ホルダー１２および移動装置１４を含む。

基板ホルダー１２の上には、被覆装置１０を用いてラッカーが被覆される基板１６が配置される。

基板ホルダー１２は、好適には被覆装置１０のための加熱装置を構成する加熱要素１８を備える。

加熱要素は、基板１６を加熱し、これにより基板上に塗布されたラッカーを加熱するために使用される。

移動装置１４は、２つのノズル、すなわちラッカーノズル２０と溶剤ノズル２２とを備え、これらは互いに所定の間隔で配置される。距離は、ラッカーノズル２０と溶剤ノズル２２との出口開口部の間の距離である。

ラッカーノズル２０と溶剤ノズル２２は、基板１６の上方に配置され、すなわち基板ホルダー１２に面して、基板から離れて配置される。これにより、ラッカーノズル２０と溶剤ノズル２２は、基板ホルダー１２の上方に配置される。

移動装置１４は、また、アクチュエータ２４を含み、これを用いてラッカーノズル２０と溶剤ノズル２２を動かすことができる。

示された具体例では、ラッカーノズル２０と溶剤ノズル２２は、移動装置１４を用いて、空間に拡がる３つの軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿って、基板１６および基板ホルダー１２の上方を移動し、特にＸ軸およびＹ軸により拡がる面の中で移動できる。必要な場合、ノズルと基板との間の距離が変化するように、すなわち、ノズルが基板に対してＺ方向に調整されるように、更に準備がなされる。

特に、ラッカーノズル２０と溶剤ノズル２２は、ノズル２０、２２の間の距離が変わらないように、移動蔵置１４の上で固定配置される。しかしながら、距離を可動にして、被覆装置１０をよりフレキシブルに使用することも実行可能である。

基板１６を被覆するために、ラッカーノズル２０を用いて、基板１６の上にラッカーが最初に噴霧される。図３ａには、ラッカーが噴霧される前の基板１６が部分的に示される。

図３ｂでは、ラッカーノズル２０は、図３ａに示される位置を通って、基板１６の上のこの位置にラッカーが噴霧される。ラッカー層２６が基板１６の上に形成される。

しかしながら、ラッカー層２６、すなわち塗布されたラッカーは、基板１６の噴霧中に形成された不規則２８およびラッカー粒子３０を有する。

基板１６の上に形成されたラッカーが流れるのを防止するために、基板１６とそれゆえに基板１６の上に形成されたラッカー層２６が加熱される。この結果、ラッカーから溶剤が蒸発し、ラッカーの溶剤比率が減り、ラッカーの粘度が増える。これにより形成されたラッカーが固定される。

「固定（set）」の用語は、ラッカーが完全に乾燥することを意味せず、むしろ望まない方法でもはや流れない程度に、単にその流動性が減らされることを意味する。特に、急勾配のエッジやスロープを有する縦の地形形状を有する基板の場合、塗布されたラッカーが可能な限り迅速に固定し、塗布されたラッカーがエッジやより高い位置から流れずに、それらの位置に殆どラッカーが無いか、ラッカーが全く無い状態で残される。

ラッカーが基板１６の上に噴霧された後、ラッカーノズル２０から分離された溶剤ノズル２２は、丁度ラッカーが塗布された位置を通り、ラッカー層２６の上に溶剤を噴霧する。

溶剤ノズル２２により形成された溶剤ジェットは、ラッカー層２６が局所的に、すなわち所定の位置に、溶剤が噴霧されるような、制限された直径を有する。

基板１６の一つの位置にラッカーが噴霧された時点と、この位置に溶剤が噴霧された時点との間の時間は、基板１６のそれぞれの位置において一定である。

噴霧された溶剤の効力により、ラッカー層２６の上に存在するラッカー粒子３０は分解され、ラッカー層２６と均一に結合する。さらに、ラッカー層２６の不規則２８も平坦化される。

これにより、図３ｃに示すような、平坦なラッカー層２６が形成される。

基板１６の上にラッカーを噴霧するために、ラッカーノズル２０は基板１６の上方を移動する。移動は予め決められた経路に従い、ラッカーノズル２０は、これにより予め決められたスプレーパターンを移動する。

溶剤ノズル２２は、ラッカーノズル２０と同時に移動するが、距離ａだけオフセットされている。ラッカーノズル２０に対する溶剤ノズル２２の位置、特に距離ａは、スプレーパターンに一致するように選択され、溶剤ノズル２２はラッカーノズル２０の経路に従い、これにより同じスプレーパターンを移動する。

基板１６の上方で、溶剤ノズル２２の経路がラッカーノズル２０の経路に対応すれば十分である。

これにより、ラッカーおよび溶剤は、同じスプレーパターンで塗布される。

ありそうなスプレーパターンを記載するために、塗布される基板１６、ラッカーノズル２０、および溶液ノズル２２が、図２の平面図に記載される。明確化の理由から、移動装置１４は示されない。

破線はラッカーノズル２０の経路を示し、点線は溶液ノズル２２の経路を示す。被覆手順の最初の、ラッカーノズル２０と溶液ノズル２２の位置が、矩形で示される。被覆手順の最後のラッカーノズル２０と溶剤ノズル２２の位置は、破線と点線の矩形でそれぞれ示される。

ラッカーノズル２０と溶剤ノズル２２は、基板１６または基板ホルダー１２の上方の平行な経路Ｂで、移動装置１４により移動する。

移動は、基板１５６または基板ホルダー１２と平行な面、例えばＸ軸とＹ軸に拡がる面で行われる。

Ｚ軸に沿ったノズル２０、２２の高さは、被覆される基板１６の上で、ラッカーノズル２０により形成されるラッカージェットの直径におおよそ対応する、経路Ｂの間の距離で選択される。

溶剤ノズル２２により形成される溶剤ジェットの直径は、好適には、基板１６の上で、ラッカージェットと同じ直径を有する。

図２に示す具体例では、ラッカーノズル２０と溶剤ノズル２２との間の距離は、距離ｂのおおよそ２倍に対応する。

もちろん、距離ａは、距離ｂの異なる整数倍でも良い。

経路Ｂは、交互に、反対方向に移動し、例えばＹ軸に平行に移動する。隣り合う経路Ｂは、互いに、反対の移動方向に移動する。

ラッカーノズル２０と溶剤ノズル２２、またはノズル２０、２２により形成されるジェットが基板１６のエッジに到達するか、または基板１６のエッジを超えて移動するとすぐに、Ｙ方向の移動が停止し、２つのノズル２０、２２は、Ｘ軸に沿った、経路Ｂの間の距離ｂだけ、オフセットされる。

続いて、ノズル２０、２２はＹ方向の先の移動とは反対の方向に、ラッカーノズル２０と溶剤ノズル２２またはノズル２０、２２で形成されるジェットが、基板１６のエッジに到達するか、またはこれを超えるまで、同様にＹ軸に沿って移動する。

溶剤ノズル２２の移動は、距離ａとｂの比により規定されて、ラッカーノズル２０の移動と同じ経路Ｂに沿って行われ、溶剤ノズル２２は、ラッカーノズル２０の経路に従う。

塗布手順は、ラッカーノズル２０および溶剤ノズル２２が、基板１６の上を完全に通り過ぎるとすぐに終了する。これは、ラッカーまたは溶剤のジェットが、基板１６の表面全体の上を通ることを意味する。

ラッカーノズル２０および溶剤ノズル２２は、破線および点線の矩形でそれぞれ図２に表すような、それらの最終位置に配置される。

ラッカーノズル２０が溶剤ノズル２２に固く結合されているという事実の長所により、記載された具体例では、溶剤ノズル２２の最初の２つの経路Ｂは、塗布手順の最初において、基板１６または基板ホルダー１２に隣接する平面図の中に延び、一方、ラッカーノズル２０の最後の２つの経路Ｂは、塗布手順の最後において、基板１６または基板ホルダー１２に隣接する平面図の中に延びる。

ラッカーノズル２０と溶剤ノズル２２が基板の上を移動する間、ラッカーはラッカーノズル２０から噴霧され、溶剤は溶剤ノズル２２から噴霧される。

ラッカーは、溶剤と純粋なラッカーとの混合物、例えばフォトレジストであり、「ラッカー（lacquer）」の用語は、ラッカーと溶剤の混合物を意味すると理解される。

使用される溶剤は、アセトンまたはメチルケトンである。しかしながら、使用されるラッカーを分解できる他の溶剤または溶剤の混合物も実行可能である。

好適には、ラッカーノズル２０と溶剤ノズル２２は、それらにより形成されるジェットが、基板の上で重ならないように配置される。逆に、ジェットは互いに隣接しても良い。

さらに、ラッカーノズル２０と溶剤ノズル２２が、基板１６または基板ホルダー１２の上を移動する間、基板ホルダー１２は加熱要素１８により加熱されても良い。この方法では、基板１６とすでにその上に噴霧されたラッカー層が加熱される。

記載した被覆手順と、特に実際に説明したスプレーパターンは、単に例示の方法によるものと理解される。例えば、溶剤ノズル２２が直接ラッカーノズル２０に従うことも可能である。この場合、それらが配置されるキャリアは、それぞれの経路の終わりで１８０°だけ回転し、続く経路において、溶剤ノズル２２が、ラッカーノズル２０の背後に配置されなければならない。

ラッカー層２６の上のラッカー粒子３０の数と不規則２８を更に減らすために、塗布されたラッカーに対して溶剤を繰り返す噴霧することもまた実施可能である。

同様に、ラッカーと溶剤が、同じノズルから噴霧されることも、設定可能である。この場合、ノズルは基板の上を繰り返し移動し、ラッカーは１つの経路で噴霧され、溶剤は他の経路で噴霧される。

もちろん、基板の上に複数のラッカー層を塗布することも可能である、この場合、塗布されたラッカーは、最後のラッカー層が噴霧された後に、溶剤が噴霧される。

最後のラッカー層を噴霧するためのラッカーの溶剤比率は、先に使用されたラッカーの溶剤比率より大きくなるように選択されても良い。

一般に、１つの層のラッカーのみが噴霧される場合、続いて溶剤を噴霧しない比較の噴霧プロセスの場合より、ラッカーの溶剤比率は、より大きくなるように選択されても良い。

Claims (17)

1. 基板（１６）をラッカーで被覆する方法であって、ラッカーはフォトレジストであり、この方法は、
   基板（１６）の上方を移動可能なノズル（２０）を用いて、基板（１６）の上にラッカーを噴霧する工程であって、移動は予め決められた経路に従い、ノズル（２０）はこれにより予め決められたスプレーパターンの上を移動する工程と、
   続いて、移動可能なノズル（２２）を用いて、基板（１６）に塗布されたラッカーに溶剤を噴霧する工程と、を含み、
   溶剤は、塗布されたラッカーの上に局所的に噴霧されることを特徴とする方法。
2. ラッカーを噴霧する工程と、塗布されたラッカーに溶剤を噴霧する工程との間に、塗布されたラッカーの溶剤比率が、塗布されたラッカーが固定される程度に減らされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 基板（１６）および／または塗布されたラッカーは、ラッカーの噴霧中および／または噴霧後に加熱されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. ラッカーは、基板（１６）の上に、予め決められたスプレーパターンで、平行な経路（Ｂ）で噴霧され、溶剤は、同様に、このスプレーパターンで、塗布されたラッカーの上に噴霧されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 基板の１つの位置にラッカーが噴霧される時点と、この位置に溶剤が噴霧される時点との間の時間は一定であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. ラッカーは、ラッカーノズル（２０）の手段により基板（１６）の上に噴霧され、溶剤は、ラッカーノズル（２０）から分離された溶剤ノズル（２２）の手段により噴霧されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. ラッカーノズル（２０）と溶剤ノズル（２２）は、基板（１６）の上方を、基板（１６）に対して平行に、同時に、移動することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. ラッカーノズル（２０）と溶剤ノズル（２２）の移動の間、溶剤ノズル（２２）は、ラッカーノズル（２０）の経路に従うことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. ラッカーノズル（２０）と溶剤ノズル（２２）は、基板（１６）に平行な、少なくとも１つの面内を、基板（１６）の上方の平行な経路（Ｂ）で移動し、ラッカーノズル（２０）と溶剤ノズル（２２）との間の距離（ａ）は、経路（Ｂ）の間の距離（ｂ）の２倍または整数倍に等しいことを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
10. 複数のラッカー層が基板（１６）の上に塗布される場合、最後のラッカー層が噴霧された後に、塗布された層に溶剤が噴霧されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 最後のラッカー層が噴霧された場合、ラッカーは、先の噴霧されたラッカー層のラッカーより大きな溶剤比率を有することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 塗布されたラッカーは、溶剤が繰り返し噴霧されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 溶剤は、アセトンまたはメチルケトンであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 基板（１６）、地形形状を有する基板（１６）に、ラッカーを塗布する被覆装置であって、
    基板ホルダー（１２）、ラッカーノズル（２０）、溶剤ノズル（２２）、およびラッカーノズル（２０）と溶剤ノズル（２２）がその上に、互いに対して所定の距離（ａ）で配置された移動装置（１４）を含み、
    ラッカーノズル（２０）と溶剤ノズル（２２）は、基板ホルダー（１２）の上方で、移動装置（１４）の手段により一緒に移動できることを特徴とする被覆装置。
15. 被覆装置（１０）は加熱装置を含み、基板ホルダー（１２）は加熱要素（１８）を備えることを特徴とする請求項１４に記載の被覆装置。
16. 移動装置（１４）は、ラッカーノズル（２０）と溶剤ノズル（２２）を、基板（１２）に平行な、少なくとも１つの面内で、基板（１２）の上方の平行な経路（Ｂ）で移動できるように設計され、ラッカーノズル（２０）と溶剤ノズル（２２）との間の距離（ａ）は、経路（Ｂ）の間の距離（ｂ）の２倍または整数倍に等しいことを特徴とする請求項１４または１５に記載の被覆装置。
17. 経路（Ｂ）の間の距離（ｂ）は、被覆される基板（１６）の上に、ラッカーノズル（２０）で形成されるラッカージェットの直径におおよそ対応することを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の被覆装置。

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