JP6909584B2

JP6909584B2 - 塗布液塗布方法

Info

Publication number: JP6909584B2
Application number: JP2017010412A
Authority: JP
Inventors: 誠一郎奥田
Original assignee: 株式会社ＳｃｒｅｅｎＳｐｅテック
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-01-24
Also published as: JP2018118197A

Description

本発明は、半導体ウエハ、液晶ディスプレイ用基板、プラズマディスプレイ用基板、有機ＥＬ用基板、ＦＥＤ(Field Emission Display)用基板、光ディスプレイ用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、太陽電池用基板（以下、単に基板と称する）に対して、塗布液を供給して塗布被膜を形成する塗布液塗布方法に係り、特に、噴霧式の技術により塗布被膜を形成するための技術に関する。

基板などにフォトレジスト液などの塗布液を塗布して塗布被膜を形成させる場合、一般的には回転塗布方法による塗布が行われている。この回転塗布では、薄膜から厚膜に至るまで、塗布被膜の厚さにムラなく均一な塗布が可能である。しかしながら、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)などでは、基板上のパターンにおける段差が、例えば、１００〜２００μｍもあって凹凸部が非常に大きい。そのためパターン底部及び側壁に塗布液を均一に塗布することが困難であるという問題がある。

そこで、このような課題を解決するために、次のような噴霧式の塗布方法が提案されている。

第１の方法として、基板を支持する支持台と、支持台を回転させる回転部と、支持台に備えられ、支持台に支持された基板を加熱するヒータと、支持台上の基板面に対して塗布液を噴霧するノズルと、ノズルを基板の上方にて水平方向へ揺動させる揺動部とを備えた基板処理装置により塗布するものがある（例えば、特許文献１参照）。

この第１の方法では、基板をヒータで加熱させた状態にて、基板を水平面内で低速に回転させならが、基板の上方でノズルを移動させ、ノズルから塗布液をスプレーして基板の全面に塗布液を塗布する。これにより、噴霧されて基板の全面を厚く覆った塗布液から溶媒が熱により揮発するので、塗布膜の流動性が低下され、大きな凹凸部を有する基板であっても塗布液を均一に塗布することができる。

また、第２の方法として、回転塗布またはスプレー塗布で基板に塗布液を塗布し、凹凸部の中間深さ位置まで被膜を形成し、加熱により塗布液をリフローさせる第１の工程と、スプレー塗布後に塗布液を加熱して、凸部上面にまで被膜を形成する第２の工程とからなる方法がある（例えば、特許文献２参照）。

この第２の方法では、第１の工程と第２の工程とで二度に塗布を分けて行い、二度目の塗布時に加熱するので、塗布液の流動を抑制できる。したがって、塗布被膜を均一な厚膜として形成することができる。

特許第３９５８７１７号公報特許第５２３１０７２号公報

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の第１の方法及び第２の方法は、厚い塗布被膜を均一に形成することができるようになった一方で、薄い塗布被膜（例えば、１μｍ以下）を均一に形成することが困難であるという問題がある。

なお、発明者等は、上述した従来の第１の方法において、塗布液を低粘度のものに代えて実験を行ったが、薄膜ではノズルから噴霧される塗布液の液滴が直接的に影響し、面内均一性を欠いた薄膜しか形成できなかった。また、より小さな液滴で塗布液を噴霧可能なノズルに交換したり、超音波を付与してノズルから噴霧される塗布液の液滴を小さくして供給したりしたが、やはり面内均一性が良好な薄膜を得ることはできなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、噴霧式であっても面内均一性が良好な薄膜を形成することができる塗布液塗布方法を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、表面に凹凸部を有する基板に対して塗布液を供給する塗布液塗布方法において、基板の表面全体に塗布液を噴霧して基板の表面を目標膜厚よりも厚い塗布被膜で覆う噴霧過程と、前記基板を回転させて塗布液を流動させ、塗布液の溶剤を蒸発させて目標膜厚の塗布被膜を得る回転過程と、をその順に実施することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、噴霧過程で基板の表面全体に塗布液を噴霧して基板の表面を目標膜厚よりも厚い塗布被膜で覆うと、凹凸部の全面に塗布液が行き渡り均一な塗布被膜が形成される。その後、回転過程で基板を回転させて塗布液を流動させ、塗布液の溶剤を蒸発させて目標膜厚の塗布被膜を得る。これにより、良好な薄膜を形成できる。

また、本発明において、前記噴霧過程では、前記基板を所定の加熱温度で加熱することが好ましい（請求項２）。

加熱温度による加熱により、噴霧された塗布液の流動性がある程度低下するので、回転過程における遠心力による塗布被膜の塗布液が必要以上に流動することが抑制され、面内均一性を向上できる。

また、本発明において、前記所定の加熱温度は、室温より高い温度から、基板に供給された塗布液の流動性を緩やかに下げる温度の範囲であることが好ましい（請求項３）。

加熱温度が室温以下であると、噴霧された塗布液の流動性が高すぎ、遠心力によって過剰に流動が生じるので、被膜の厚さを均一にできない。一方、基板に供給された塗布液の流動性を緩やかに下げる温度より高い温度であると、短時間のうちに流動性が急激に低下して、遠心力によって塗布液を流動させることができないので、被膜の厚さを均一にできない。

また、本発明において、前記所定の加熱温度は、３０〜５０℃の範囲であることが好ましい（請求項４）。

所定の加熱温度を３０〜５０℃とすると、噴霧された塗布液の流動性を、遠心力によって均一な膜厚にするのに適切なものとすることができる。

また、本発明において、前記噴霧過程は、前記基板を支持している回転支持部をヒータで加熱することが好ましい（請求項５）。

基板の下面から加熱するので、効率的に塗布液に熱を伝えることができ、塗布液に含まれている溶媒を効率よく揮発させることができる。

また、本発明において、前記噴霧過程は、前記基板をランプで加熱することが好ましい（請求項６）。

回転する部分に配線等が不要となるので、回転支持部の構造の単純化を図ることができる。したがって、この塗布方法を実施する装置のコストを低減できる。

また、本発明において、前記噴霧過程と前記回転過程は、同一装置で実施されることが好ましい（請求項７）。

噴霧過程に次いで回転過程を短時間のうちに実施できるので、効率よく塗布被膜を形成できる。

また、本発明において、前記噴霧過程と前記回転過程は、別体の装置で実施されることが好ましい（請求項８）。

ある装置で噴霧過程だけを行った後、他の装置で回転過程を実施しても、厚さが均一な薄膜を形成できる。したがって、噴霧及び加熱に特化した装置と、回転に特化した装置とで実施することで、スループットの向上が期待できる。

本発明に係る塗布液塗布方法によれば、噴霧過程で基板の表面全体に塗布液を噴霧して基板の表面を目標膜厚よりも厚い塗布被膜で覆うと、凹凸部の全面に塗布液が行き渡り均一な塗布被膜が形成される。その後、回転過程で基板を回転させて塗布液を流動させ、塗布液の溶剤を蒸発させて目標膜厚の塗布被膜を得る。これにより、良好な薄膜を形成できる。

実施例１に係る基板塗布装置の概略構成を示す平面図である。実施例１に係る基板塗布装置の概略構成を示す側面図である。処理の一例を示すタイムチャートである。噴霧過程を示す模式図である。回転過程を示す模式図である。実施例２に係る基板塗布装置の概略構成を示す側面図である。実施例３に係る基板塗布装置の説明に供する図である。載置台温度と溶媒蒸発量の関係の一例を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ基板に対する塗布処理を行う各種方法について説明する。

以下、図面を参照して本発明の実施例１について説明する。

図１は、実施例１に係る基板塗布装置の概略構成を示す平面図であり、図２は、実施例１に係る基板塗布装置の概略構成を示す側面図である。

基板塗布装置１は、基板Ｗに対して塗布液を塗布して被膜を形成するものである。本実施例における基板Ｗは、例えば、平面視で円形状のウエハである。また、本実施例における塗布液は、例えば、フォトリソグラフィで用いられるフォトレジスト液である。

基板塗布装置１は、回転支持部３と、受渡機構５と、噴霧部７と、カバー部９とを備えている。

回転支持部３は、電動モータ１１と、回転軸１３と、載置台１５とを備えている。電動モータ１１は、鉛直軸Ｐ周りに回転可能に回転軸１３の一端側を連結されている。電動モータ１１は、平面視で反時計回りに回転する。回転軸１３の他端側は、載置台１５の下面を連結されている。回転軸１３は、内部が中空に形成されてり、電動モータ１１を上下に貫通している。回転軸１３の上部は、載置台１５の図示しない吸引口に連通接続され、回転軸１３の中空部は、図示しないユーティリティの真空ラインに底部で連通接続されている。載置台１５は、平面視で正三角形の各頂点に対応する位置に貫通口１７が形成されている。また、載置台１５は、基板Ｗの直径より若干小さな直径を有し、内部にヒータ１９が埋設されている。ヒータ１９は、載置台１５に載置された基板Ｗを下面から加熱する。

載置台１５の下方には、受渡機構５が配置されている。この受渡機構５は、昇降部材２１と、三本の受渡ピン２３（図２では図示方向の関係上２本のみを描く）と、昇降駆動部２５とを備えている。昇降部材２１は、平面視で環状を呈し、回転軸１３に挿通されている。昇降部材２１は、各貫通口１７に対応する位置に各受渡ピン２３が立設されている。昇降部材２１は、その一部位が昇降駆動部２５の作動片に連結されている。昇降駆動部２５は、例えば、エアシリンダで構成されている。昇降駆動部２５が非作動の状態では、図２における実線の高さ位置（退出位置）に受渡ピン２３が位置し、昇降駆動部２５が作動の状態では、図２における二点鎖線の高さ位置（受渡位置）に受渡ピン２３が位置する。退出位置は、基板Ｗを処理する際の高さ位置であり、受渡位置は、図示しない搬送機構との間で基板Ｗを受け渡す際の高さ位置である。

噴霧部７は、スプレーノズル２７と、支持部２９と、水平駆動部３１とを備えている。スプレーノズル２７は、プロセスガスと塗布液とが供給され、塗布液を基板Ｗの表面に向かって霧状に噴射する。このプロセスガスとしては、例えば、窒素ガス（Ｎ_２ガス）が挙げられる。塗布液としては、例えば、粘度が１０ｃｐのものが挙げられる。スプレーノズル２７は、支持部２９の先端側に取り付けられている。支持部２９の基端部は、水平駆動部３１に連結されている。水平駆動部３１は、螺軸３３と、電動モータ３５と、ガイド軸３７と、移動部材３９とを有する。螺軸３３は、基板Ｗの直径方向に軸を向けて横置き配置されている。螺軸３３の一端側は、電動モータ３５の回転軸に連結されている。螺軸３３に隣接する載置台１５側には、ガイド軸３７が螺軸３３に平行に配置されている。移動部材３９は、螺軸３３に螺合され、ガイド軸３７に挿通されている。これにより、電動モータ３５を駆動すると、移動部材３９が螺軸３３及びガイド軸３７に沿って移動し、図１に実線で示す待機位置と、基板Ｗを挟んだ待機位置の反対側（図１中に二点鎖線で示す）との間にわたってスプレーノズル２７が移動する。なお、スプレーノズル２７は、その塗布液の噴霧範囲が、スプレーノズル２７の移動方向と直交する方向において、少なくとも基板Ｗの直径以上に設定されている。また、これとともにスプレーノズル２７の移動方向において、少なくとも基板Ｗの直径以上に設定されていてもよい。

回転支持部３の周囲には、カバー部９が配置されている。カバー部９は、スプレーノズル２７から噴霧される塗布液の飛散を防止したり、基板Ｗから周囲に飛散する塗布液の飛散を防止したり、飛散した塗布液を上方からの気流とともに回収したりする。具体的には、カバー部９は、内壁部４１と外壁部４３とを備えている。内壁部４１は、載置台１５の側面から斜め外側下方に向かって傾斜面を有し、その下方が鉛直姿勢とされている。外壁部４３は、内壁部４１から外側へ離間して立設され、載置台１５の上方に離れた位置に開口を有する。内壁部４１と外壁部４３とで囲われた空間の下部は、塗布液の排液や、塗布液のミストや溶媒を含む気体の排出に利用される。

上述した電動モータ１１の回転制御、ヒータ１９の温調制御、昇降駆動部２５の昇降制御、スプレーノズル２７による噴霧制御、水平駆動部３１によるスプレーノズル２７の移動制御、真空ラインによる基板Ｗの載置台１５への吸着／解除制御などは、制御部４５によって統括的に行われる。

制御部４５は、図示しないＣＰＵやメモリを備え、予めメモリに記憶された、どのように塗布するかを表すレシピに基づいて上述した各部を制御する。

ここで、図３〜図５を参照して、具体的な塗布液塗布方法について説明する。なお、図３は、処理の一例を示すタイムチャートである。また、図４は、噴霧過程を示す模式図であり、図５は、回転過程を示す模式図である。

初期状態では、スプレーノズル２７が待機位置に位置し、受渡ピン２３が退出位置にあり、ヒータ１９の温調により載置台１５が例えば４０℃の状態である。まず、制御部４５は、昇降駆動部２５を作動させて、受渡ピン２３を載置台１５からと突出させ、表面に凹凸のパターンが形成された基板Ｗを、図示しない搬送機構から受け取る。次に、制御部４５は、昇降駆動部２５を非作動にさせ、受渡ピン２３を退出させるとともに、真空吸引を作動させて基板Ｗを載置台１５に真空吸着させる。

制御部４５は、水平駆動部３１の電動モータ３５を作動させて、スプレーノズル２７を待機位置から外壁部４３内に移動させる。そして、制御部４５は、ｔ１時点でスプレーノズル２７から塗布液を噴霧させつつ、基板Ｗを挟んだ待機位置の反対側まで基板Ｗの上方を通過させる（ｔ２時点）。

上述したｔ１〜ｔ２時点が本発明における「噴霧過程」に相当する。

その後、制御部４５は、電動モータ３５を作動させてスプレーノズル２７をｔ３時点までに待機位置に戻す。

これにより、図４に示すように、凹凸部を有する基板Ｗの表面全体が塗布被膜ＲＦ０で覆われる。この塗布被膜ＲＦ０は、目標膜厚である１μｍより厚い２μｍの厚さの状態である。その上、塗布被膜ＲＦ０は、スプレーノズル２７による噴霧のムラなどの影響により、基板Ｗの面内における膜厚が不均一な状態となっている。

制御部４５は、ｔ３時点で電動モータ１１を作動させ始め、ｔ４時点で回転数Ｒ１に到達するように制御する。回転数Ｒ１は、例えば、１０００ｒｐｍである。この回転数Ｒ１をｔ５時点まで維持し、その後ｔ６時点で停止するように電動モータ１１を制御する。なお、ｔ４〜ｔ５時点の間隔は、塗布被膜ＲＦ０の粘度、回転数Ｒ１によって異なるが、例えば、３０秒である。このように加熱した後、回転を加えることにより、基板Ｗに形成されていた塗布被膜ＲＦ０の塗布液が適切に流動されるので、目標膜厚の１μｍであって、かつ面内均一性が良好な膜厚を有する塗布被膜ＲＦ１とされる。

上記の動作がｔ３時点からｔ６時点であり、本発明おける「回転過程」に相当する。

その後、制御部４５は、昇降駆動部２５を作動させて受渡ピン２７を受渡位置に上昇させ、処理した基板Ｗを図示しない搬送機構に渡す。

本実施例によると、噴霧過程で基板Ｗの表面全体に塗布液を噴霧すると、凹凸部の全面に塗布液が行き渡り均一な塗布被膜ＲＦ０が形成される。その後、回転過程で基板Ｗを回転させて塗布被膜ＲＦ０の塗布膜の溶剤を蒸発させることで、噴霧式であっても塗布被膜ＲＦ１の厚さの面内均一性を良好に形成できる。

さらに、本実施例では、ヒータ１９で基板Ｗを加熱する構成であるが、基板Ｗの下面から加熱するので、効率的に塗布液に熱を伝えることができ、含まれている溶媒を効率よく揮発させることができる。その上、本実施例では、噴霧過程と回転過程とを同一の装置内で実施しているので、効率よく塗布被膜を形成できる。

次に、図面を参照して本発明の実施例２について説明する。

図６は、実施例２に係る基板塗布装置の概略構成を示す側面図である。なお、上述した実施例１と同じ構成については、同符号を付すことにより詳細な説明については省略する。

基板塗布装置１Ａは、載置台１５Ａにヒータ１９を内蔵していない。そのため、加熱用のランプ５１を外側壁４３の内面に備えている。ランプ５１は、基板Ｗの表面全体にわたって光を照射し、塗布被膜ＲＦ０を加熱する。加熱温度は、上述した実施例１と同じである。

本実施例２は、上述した実施例１における噴霧過程における加熱の方法が異なるだけで、同様の効果を奏する。さらに、回転する部分に配線等が不要となるので、回転機構の構造の単純化を図ることができる。したがって、この塗布方法を実施する装置のコストを低減できる。

次に、図面を参照して本発明の実施例３について説明する。

図７は、実施例３に係る基板塗布装置の説明に供する図である。なお、上述した実施例１と同じ構成については、同符号を付すことにより詳細な説明については省略する。

この実施例３では、基板塗布装置が複数台の装置で構成されている。具体的には、噴霧装置６１と、搬送装置７１と、回転装置８１とから基板塗布装置１Ｂが構成されている。

噴霧装置６１は、基板Ｗに対してスプレーノズル２７から塗布液を噴霧する。基板Ｗが搬送される経路には、ヒータ１９が埋設されている。搬送される基板Ｗは、ヒータ１９によって例えば４０℃に加熱されていることが好ましい。搬送装置７１は、噴霧装置６１で塗布被膜が形成された基板Ｗを回転装置８１に搬送する。なお、この搬送装置７１に代えて作業者が搬送するようにしてもよい。回転装置８１は、塗布液が噴霧された基板Ｗを回転処理するものである。なお、塗布被膜を噴霧してから、回転装置８１で処理するまでの時間間隔（図３のｔ２〜ｔ３時点）は、基板Ｗに被着された塗布被膜の粘度や溶媒の揮発度合いや周囲環境の温湿度にもよるが、例えば、５〜１０分程度である。

本実施例３は、噴霧装置６１で噴霧過程だけを行った後、回転装置８１で回転過程を実施するが、上述した実施例１，２と同様に厚さの面内均一性が良好な薄膜の塗布被膜を形成できる。したがって、噴霧及び加熱に特化した噴霧装置６１と、回転に特化した回転装置８１とで処理を実施することで、スループットの向上が期待できる。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例１では、基板Ｗを真空吸着によって載置台１５に固定したが、基板の端縁を保持ピンなどで係止する、いわゆるメカ式チャックを用いた装置であっても本発明方法を実施することができる。

（２）上述した各実施例１〜３では、基板Ｗの噴霧過程において基板Ｗを加熱しているが、塗布液の粘度や、周囲環境の温湿度によっては加熱を行わなくてもよい。

（３）上述した各実施例１〜３では、加熱温度を４０℃としているが、本発明において加熱を行う場合、この温度に限定されるものではない。

噴霧過程における加熱温度は、膜厚の均一性を向上させる流動性を得るために好適な粘度にするためである。例えば、加熱温度は、室温より高い温度から、基板Ｗに供給された塗布液の流動性を緩やかに下げる温度の範囲であればよい。

これは、加熱温度が室温以下であると、噴霧された塗布液の流動性が高く流動が生じるので、被膜の厚さを均一にできないからである。その一方、基板Ｗに供給された塗布液の流動性を緩やかに下げる温度より高い温度であると、塗布膜の溶剤が殆ど蒸発し、その後の回転過程で溶剤を蒸発できず、薄膜を形成できないからである。

具体的な加熱温度の範囲としては、例えば、３０〜５０℃が挙げられる。但し、塗布液の粘度や、塗布液に含まれる溶媒の特性、周囲環境に温湿度によって好適な温度が異なるので、予め実験を行って好適な加熱温度を求めておくのが好ましい。

ここで、図８を参照する。なお、図８は、載置台温度と溶媒蒸発量の関係の一例を示すグラフである。このグラフは、塗布被膜ＲＦ０を形成した基板Ｗ（２００ｍｍ径）について、加熱温度で所定時間にわたって加熱する前と後における基板Ｗの重量差を測定した結果である。

上述した好ましい加熱温度の範囲３０〜５０℃は、基板Ｗの塗布被膜ＲＦ０の溶媒が０．０５〜０．１［ｇ］の範囲で蒸発する程度の温度であることを示す。したがって、塗布被膜ＲＦ０の粘度や溶媒の揮発度合いや周囲環境の温湿度によって加熱温度は異なるものの、ヒータ１９による基板Ｗの加熱で蒸発する溶媒の重さが上記範囲であればよい。

１、１Ａ、１Ｂ … 基板塗布装置
Ｗ … 基板
３ … 回転支持部
５ … 受渡機構
７ … 噴霧部
９ … カバー部
１５ … 載置台
１９ … ヒータ
２３ … 受渡ピン
２５ … 昇降駆動部
２７ … スプレーノズル
３５ … 電動モータ
４１ … 内壁部
４３ … 外壁部
４５ … 制御部
ＲＦ０，ＲＦ１ … 塗布被膜
５１ … ランプ
６１ … 噴霧装置
７１ … 搬送装置
８１ … 回転装置

Claims

表面に凹凸部を有する基板に対して塗布液を供給する塗布液塗布方法において、
基板の表面全体に塗布液を噴霧して基板の表面を目標膜厚よりも厚い塗布被膜で覆う噴霧過程と、
前記基板を回転させて塗布液を流動させ、塗布液の溶剤を蒸発させて目標膜厚の塗布被膜を得る回転過程と、
をその順に実施することを特徴とする塗布液塗布方法。
請求項１に記載の塗布液塗布方法において、
前記噴霧過程では、前記基板を所定の加熱温度で加熱することを特徴とする塗布液塗布方法。
請求項２に記載の塗布液塗布方法において、
前記所定の加熱温度は、室温より高い温度から、基板に供給された塗布液の流動性を緩やかに下げる温度の範囲であることを特徴とする塗布液塗布方法。
請求項３に記載の塗布液塗布方法において、
前記所定の加熱温度は、３０〜５０℃の範囲であることを特徴とする塗布液塗布方法。
請求項２から４のいずれかに記載の塗布液塗布方法において、
前記噴霧過程は、前記基板を支持している回転支持部をヒータで加熱することを特徴とする塗布液塗布方法。
請求項２から４のいずれかに記載の塗布液塗布方法において、
前記噴霧過程は、前記基板をランプで加熱することを特徴とする塗布液塗布方法。
請求項１から６のいずれかに記載の塗布液塗布方法において、
前記噴霧過程と前記回転過程は、同一装置で実施されることを特徴とする塗布液塗布方法。
請求項１から６のいずれかに記載の塗布液塗布方法において、
前記噴霧過程と前記回転過程は、別体の装置で実施されることを特徴とする塗布液塗布方法。