JPH0794028B2 - Novel method and apparatus for uniform coating of structures - Google Patents
Novel method and apparatus for uniform coating of structuresInfo
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Classifications
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- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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-
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Description
【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は全般的に、構造物を一様にコートするための新
しい方法及びそのための装置に関する。一様にコートし
たい構造物をコーティング流体に完全に浸漬し、コーテ
ィング流体を制御された形で排出させる。構造物に所望
の一様なコーティング構成を与えるため、コーティング
流体の排出が制御されるように独自の形で傾斜または湾
曲した、少なくとも１つの側壁を有する装置も提供され
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to a new method for uniformly coating structures and apparatus therefor. The structure to be coated uniformly is completely immersed in the coating fluid and the coating fluid is allowed to drain in a controlled manner. Also provided is a device having at least one sidewall that is uniquely beveled or curved so that the evacuation of the coating fluid is controlled to provide the desired uniform coating configuration to the structure.
［背景技術］ 当業界では、半導体構成要素など様々な構造物をコーテ
ィング層でコートしなければならないことが時にある。
各構造物ごとに異なるコーティング方法またはコーティ
ング工程の組合せを使用しなければならないことがあ
る。Background Art In the industry, it is sometimes necessary to coat various structures such as semiconductor components with coating layers.
It may be necessary to use different coating methods or combinations of coating steps for each structure.
大面積の平坦な基板の表面を有機ポリマーなどのコーテ
ィング材料でコートするには、通常次のような技法が使
用されている。１）ディップ・コーティング、２）ロー
ラ・コーティング、３）スピン・コーティング、４）ス
プレイ・コーティング。ディップ・コーティング法とス
プレイ・コーティング法によって得られるコーティング
は、厚さのばらつきが極端に大きく、100％にも達する
こともある。ローラ・コーティング法は、非常に一様な
コーティングを生成するが、装置が複雑かつ高価で、薄
くて柔軟な無支持基板をコートし操作する能力が限られ
ている。スピン・コーティング法にも類似の制限があ
る。The following techniques are usually used to coat the surface of a large area flat substrate with a coating material such as an organic polymer. 1) Dip coating, 2) Roller coating, 3) Spin coating, 4) Spray coating. Coatings obtained by the dip coating method and the spray coating method have extremely large variations in thickness, sometimes reaching 100%. While the roller coating method produces a very uniform coating, the equipment is complex and expensive, and has limited ability to coat and manipulate thin, flexible, unsupported substrates. Spin coating methods have similar limitations.
溶媒をベースとする系から被膜をコートするには、通常
次の方法の１つを使用する、、１）ディップ・コーティ
ング、２）ローラ・コーティング、３）スピン・コーテ
ィング、４）スプレイ・コーティング、薄い金属箔など
大型で平坦な基板を、例えばレジストで両面にコートし
なければならない場合、スピン・コーティング、スプレ
イ・コーティング、ローラ・コーティングなどのコーテ
ィング方法は、以下の理由から実用的でない。To coat coatings from solvent-based systems, one typically uses one of the following methods: 1) dip coating, 2) roller coating, 3) spin coating, 4) spray coating, When a large and flat substrate such as a thin metal foil has to be coated on both sides with, for example, a resist, a coating method such as spin coating, spray coating, or roller coating is not practical for the following reasons.
ローラ・コーティング装置は薄い繊細な基板を扱うよう
には設計されていず、両面をコートしなければならない
時は特にそうである。また、通常は基板の両面を同時に
コートできない。Roller coating equipment is not designed to handle thin, delicate substrates, especially when both sides must be coated. Also, it is usually not possible to coat both sides of the substrate simultaneously.
スピン・コーティングは、例えば一時に１面しかコート
できない。反対側をコートするために基板を裏返しにす
る時、コート済みの側をチャックにもたせかけて保持す
るので、その側が損傷を受ける可能性がある。Spin coating, for example, can only coat one side at a time. When flipping the substrate over to coat the opposite side, the coated side is held against the chuck, which can be damaged.
スプレイ・コーティングは、一様な厚さの被膜を形成し
ない。この工程は、環境及び産業衛生上の要件を満たさ
なければならないため、高価な装置が必要であり、また
通常は各面を別々にコートする。Spray coatings do not form a coating of uniform thickness. This process requires expensive equipment as it must meet environmental and industrial hygiene requirements, and usually coats each side separately.
従来のディップ・コーティングは、製造環境で両面を同
時にコートする最も実用的な方法である。しかし、現況
技術の装置は、均一な厚さの被膜を生成できない。通
常、基板の下部が他の領域よりも被膜が厚くなる。この
現象は、湿った被膜を引き上げて部分硬化または乾燥さ
せる時に被膜が流れるために生じるもので、いわゆるウ
ェッジを形成し、コートされた基板の下縁部に付着した
コーティング材料がビードを形成する。Traditional dip coating is the most practical way to coat both sides simultaneously in a manufacturing environment. However, state-of-the-art devices are unable to produce coatings of uniform thickness. Typically, the bottom of the substrate will be thicker than the other areas. This phenomenon occurs because the film flows when the wet film is pulled up and partially cured or dried, forming a so-called wedge, and the coating material attached to the lower edge of the coated substrate forms a bead.
ディップ・コーティング法の枠内で、異なる３種の方法
があり、現在コーティング業界で使用されている。１つ
は、コーティング槽を固定し、コートしようとする基板
または構造物をコーティング流体に浸たしそこから引き
出す方法である。もう１つは、基板を固定し、コーティ
ング槽を基板から離れさせる方法である。第３の方法
は、コーティング槽もコートしようとする基板も固定し
たままにし、コーティング流体に力を加えて基板を通過
させるものである。ディップ・コーティングの第４の方
法は、これまでは評価されていず今回本発明者等が発見
したもので、コーティング槽も構造物も固定しておき、
コーティング流体を排出させて構造物をコートする方法
である。Within the dip coating process, there are three different processes currently used in the coating industry. One is a method of fixing a coating tank, dipping a substrate or a structure to be coated in a coating fluid, and drawing it from the coating fluid. The other is to fix the substrate and separate the coating bath from the substrate. The third method is to leave the coating tank and the substrate to be coated fixed, and apply a force to the coating fluid to pass the substrate. The fourth method of dip coating has not been evaluated so far and was discovered by the present inventors this time. The coating tank and the structure are fixed,
This is a method of discharging a coating fluid to coat a structure.
ボルシコ（Borushko）の米国特許第2515489号明細書
は、基板を浸漬し、容器から引き出す例である。ポリマ
ーの熱溶液を使って基板を加熱する。加熱されたコート
済み基板を、コーティング・チャンバ中で槽の上方に吊
るし、この槽で溶媒蒸気を凝縮させて溶液に戻す。得ら
れた基板上の被膜は一様でなく、そのため、微細な幾何
形状を必要とし、したがって被膜コーティングのより最
適な制御及び一様性が必要とされている電子工業の分野
では特に、用途が限られている。US Pat. No. 2,515,489 to Borushko is an example of dipping a substrate and pulling it out of a container. The substrate is heated using a hot solution of polymer. The heated coated substrate is suspended above the bath in the coating chamber where the solvent vapor is condensed back into solution. The resulting coating on the substrate is not uniform and therefore has particular application in the electronics industry where fine geometries are needed and therefore more optimal control and uniformity of the coating coating is needed. limited.
ステルター（Stelter）の米国特許第4004045号明細書
は、基板を移動させ、コーティング槽は固定しておく、
片面コーティング・システムの例である。U.S. Pat. No. 4,004,045 to Stelter moves the substrate and keeps the coating bath stationary,
It is an example of a single-sided coating system.
グンジ他の米国特許第4275098号明細書は、基板を移動
させ、コーティング槽は固定しておく、もう１つの例で
ある。その設計が従来型であり、コーティングの手段と
して浸漬を使用しているため、得られる被膜は一様でな
く、極めて平坦で許容差の厳しい構造物では特にそうで
ある。U.S. Pat. No. 4,275,098 to Gunji et al. Is another example of moving the substrate and keeping the coating bath stationary. Due to its conventional design and the use of dipping as a means of coating, the resulting coating is not uniform, especially for very flat and tight tolerance structures.
トジエ（Tozier）他の米国特許第4341817号明細書は、
コーティング槽を固定位置に保ちながら、構造物をコー
トする典型的な例である。上記特許では、バルブがコー
トされる速度を変えることにより、コーティング付着速
度が変わる。これによって様々な厚さの被膜が生成さ
れ、最も必要なところがより厚い保護コーティングにな
る。U.S. Pat. No. 4,341,817 to Tozier et al.
This is a typical example of coating a structure while keeping the coating tank in a fixed position. In the above patent, the coating deposition rate is changed by changing the rate at which the valve is coated. This produces coatings of varying thickness, with thicker protective coatings most needed.
ウェーバー（Weber）の米国特許第4438159号明細書は、
コートしようとする品物をコーティング媒体中に挿入
し、そこから取り出し、液とコーティング槽は固定した
ままにしておく、もう１つの例である。多焦点レンズを
コーティング溶液に浸漬し、溶液の温度に達するまで放
置する。レンズを引き上げて、余分の材料が対象表面か
ら流れ落ちるまでコーティング溶媒で飽和した雰囲気中
に保持する、ディップ・コーティングの物理的特性のた
めに、「ウェッジ型」コーティングが生じる。Weber U.S. Pat. No. 4,438,159 describes
Another example is to insert the item to be coated into the coating medium, remove it from it, and leave the liquid and the coating bath fixed. The multifocal lens is dipped in the coating solution and left until the temperature of the solution is reached. A "wedge" coating results because of the physical properties of the dip coating, which pulls the lens up and holds it in an atmosphere saturated with coating solvent until excess material has run off the surface of interest.
複数チャンバ装置を使って、液をあるチャンバから別の
チャンバに移動させ、基板を静止した槽中で浸漬しそこ
から取り出す方法が、アルブレヒト（Albrecht）他の米
国特許第4783348号明細書に教示されている。基板を単
層メンブランを通すことにより、連続した単層が形成さ
れ、部品分がコートされる。液面レベルを一定に保ちな
がら、連続して同時に槽内の液体の排出と補充を行うこ
とも論じられている。U.S. Pat. No. 4,783,348 to Albrecht et al. Teaches using a multi-chamber device to move liquid from one chamber to another, immersing the substrate in and out of a stationary bath. Has been done. By passing the substrate through a single layer membrane, a continuous single layer is formed and the components are coated. It is also discussed that the liquid in the tank is discharged and replenished continuously and simultaneously while keeping the liquid level constant.
ワタナベ他の米国特許第4597931号明細書は、基板を固
定し、槽を機械的に移動させる、ディップ・コーティン
グ法の良い例である。油圧ピストンでコーティング槽を
一定速度で移動させ、底部が最も厚い、厚さの変化する
コーティングが得られる。また、油圧ピストンの移動速
度を維持する制御システムも記述されている。上記特許
の基本原理は本発明と逆である。上記特許の概念は被膜
の厚さのばらつきを助長することであるが、本発明の目
標は一様なコーティングを得ることである。US Pat. No. 4,579,731 to Watanabe et al. Is a good example of a dip coating method in which the substrate is fixed and the bath is mechanically moved. A hydraulic piston moves the coating tank at a constant speed to obtain a coating with the thickest bottom and varying thickness. A control system for maintaining the moving speed of the hydraulic piston is also described. The basic principle of the above patent is the opposite of the present invention. While the concept of the above patent is to promote coating thickness variability, the goal of the present invention is to obtain a uniform coating.
ミヤザキ他の米国特許第4840821号明細書は、基本的
に、基板の１つの平坦表面をコーティング流体と平行に
保ち、コーティング流体の表面を持ち上げて、基板の平
坦表面と直接接触させ、槽は静止させておくという、も
う１つのディップ・コーティングの方法を示している。U.S. Pat. No. 4,840,821 to Miyazaki et al. Basically keeps one flat surface of the substrate parallel to the coating fluid and lifts the surface of the coating fluid into direct contact with the flat surface of the substrate, leaving the bath stationary. It shows another method of dip coating, which is to keep it.
イシモリ他の米国特許第4085010号明細書は、粉末状材
料をめっき溶液中に均一に分散させた電気めっき用装置
中で、めっきしようとする対象物を直立位置に保持する
という、現在ディップ・コーティング業界で使用されて
いる第３の方法を記載している。めっき溶液を異なる３
つの貯蔵槽のうちの１つからポンプでめっき槽の底部に
導入する。溶液が上方に流れて、円筒形めっき槽を取り
囲む再循環槽にあふれ入る。U.S. Pat. No. 4,850,010 to Ishimori et al. Is currently a dip coating that holds an object to be plated in an upright position in an electroplating apparatus in which a powdered material is evenly dispersed in a plating solution. It describes a third method used in the industry. Different plating solution 3
Pump from one of two storage tanks to the bottom of the plating tank. The solution flows upwards and overflows into the recirculation bath surrounding the cylindrical plating bath.
先に述べたように、従来のディップ・コーティングなど
によって溶液から引き上げることにより基板にポリマー
を塗布したとき、乾燥した被膜は厚さが一様ではない。
乾式コーティングの厚さプロフィルは、基板の上端が最
も薄く下端が最も厚い、テーパ付きウェッジの形をと
る。この変動は２倍にもなることもある。As mentioned above, when the polymer is applied to the substrate by pulling it out of solution, such as by conventional dip coating, the dried coating is not of uniform thickness.
The thickness profile of the dry coating takes the form of a tapered wedge where the top of the substrate is the thinnest and the bottom is the thickest. This variation can double.
このウェッジ状態が生じるのは、溶媒が蒸発する際に湿
ったポリマーが流れ、したがって厚さの変動に応じて蒸
発率が変化する時である。溶媒が失われるにつれて表面
張力と粘性が増大し、流れが遅くなり、それによって基
板の下部より大量のポリマーが残ることになる。This wedge condition occurs when the wet polymer flows as the solvent evaporates, thus changing the evaporation rate in response to thickness variations. As the solvent is lost, surface tension and viscosity increase, slowing the flow, leaving more polymer below the bottom of the substrate.
こうした変化を補償する、あるいはそれに反応するため
には、表面全体にわたって部品の引き上げ速度を変える
必要がある。この問題を解決する１つの方法は、高価で
複雑な制御システムをディップ・コーティング装置に組
み込むことである。To compensate for or react to these changes, it is necessary to vary the pull rate of the part across the surface. One way to solve this problem is to incorporate an expensive and complex control system into the dip coating equipment.
液体力学（ポリマーの供給速度と回収速度を制御する）
と独自の外被設計を組み合わせることにより、制御が容
易で非常に再現性のよい、構造物上でのレジストの一様
なコーティングが実現できることを今回発見した。Liquid mechanics (controlling polymer feed and recovery rates)
This time, we have discovered that the uniform coating of resist on the structure can be realized by combining and with the original jacket design, which is easy to control and highly reproducible.
本発明は、大面積にわたって極めて一様で完全なコート
済み被膜を生成する、実用的な手法を実証するものであ
る。さらに、溶液を入れた槽のプロフィルまたは液体の
排出速度あるいはその両方によって、コーティング速度
を変えることができる。The present invention demonstrates a practical approach for producing highly uniform and fully coated coatings over large areas. Further, the coating rate can be varied by the profile of the bath containing the solution and / or the drainage rate of the liquid.
本明細書では、「構造物」という用語は、形状、寸法あ
るいは形がどうであれ、コートされることのできる任意
の物品を意味する。As used herein, the term "structure" means any article that can be coated, regardless of shape, size or shape.
コートしようとする構造物は固定位置に保持することが
好ましく、槽設計の動力学的特性と流体特性を使用し
て、所定の速度で流体を供給しかつ回収して、構造物を
コートする。The structure to be coated is preferably held in a fixed position and the dynamic and fluid properties of the tank design are used to supply and withdraw fluid at a predetermined rate to coat the structure.
本発明の教示を使用することの１つの利点は、複雑な電
気機械式制御システムを使用せずに、構造物の一様なコ
ーティングが行えることである。可燃性液体、フォトレ
ジストなどのコーティング流体の存在下で爆発や火災を
起こす恐れのある電子回路が使用されていないことも重
要である。One advantage of using the teachings of the present invention is that uniform coating of structures can be achieved without the use of complex electromechanical control systems. It is also important that electronic circuits that could cause an explosion or fire in the presence of coating fluids such as flammable liquids, photoresists, etc. are not used.
さらに、本発明で開示する原理及び装置は、機械的に移
動する部品が非常に僅かであって、クリーン・ルームの
汚染が避けられるので、クリーン・ルーム環境に非常に
適している。Moreover, the principles and apparatus disclosed in the present invention are well suited for clean room environments, as the mechanically moving parts are very few and contamination of the clean room is avoided.
本発明のもう１つの利点は、所与の形状の槽の場合、液
体回収速度プロフィルがサイクル間で再現可能であり、
したがって構造物の一様なコーティングが得られること
である。Another advantage of the present invention is that for a given shaped vessel, the liquid recovery rate profile is reproducible between cycles,
Therefore, a uniform coating of the structure is obtained.
槽の形状を変えるだけで、コートしようとする構造物を
横切るコーティング流体の所望の線形運動が、一定のも
のから変動するものまで、何でも実現できる。もちろ
ん、第２の方法は、コーティング槽から保持槽または重
力槽へのコーティング流体の排出を制御するまたは変化
させることであろう。これは、例えば、電気式、機械
式、空気圧式のポンプ・システムによって行える。ポン
プ・システムは、コーティング槽から保持槽または重力
槽へのコーティング流体の流れを制御する濾過システム
の一部であってもよい。同様に、重力を利用してコーテ
ィング流体を保持槽に流入させることもできる。Any desired linear movement of the coating fluid across the structure to be coated, from constant to varying, can be achieved by simply changing the shape of the bath. Of course, the second method would be to control or vary the discharge of coating fluid from the coating tank to the holding tank or gravity tank. This can be done, for example, by electrical, mechanical or pneumatic pump systems. The pump system may be part of a filtration system that controls the flow of coating fluid from the coating tank to the holding tank or gravity tank. Similarly, gravity can be used to force the coating fluid into the holding tank.
本発明はまた、フォイル、マスク、PCボード、基板、半
導体ウェハなど任意の構造物または電子部品上に一様で
再現可能な形でコーティング被膜を付着する手段も提供
する。The invention also provides a means for depositing a coating in a uniform and reproducible manner on any structure or electronic component such as a foil, mask, PC board, substrate, semiconductor wafer.
コーティング層またはコーティング被膜用のコーティン
グ流体は、溶媒または水性媒体に溶かしたポリマー材料
である。特定の用途向けに、本発明を利用して特定の材
料を使用することができる。たとえば、フォトレジスト
などの流体のコーティングを金属マスクまたは金属フォ
イル上に塗布することができる。The coating fluid for the coating layer or coating is a polymeric material dissolved in a solvent or aqueous medium. Specific materials can be utilized with the present invention for specific applications. For example, a fluid coating such as photoresist can be applied over a metal mask or foil.
コートしようとする構造物はほとんどどんな形状や寸法
に作ることもでき、様々な業界で使用できるが、その主
な用途は、非常に一様なコーティングを必要とする構造
物中であると予想される。こうした用途の一例は、基板
などの構造物が一様なコーティングをもつことが場合に
よっては最重要となる、電子工業である。The structure to be coated can be made into almost any shape and size and can be used in a variety of industries, but its main application is expected to be in structures requiring a very uniform coating. It One example of such an application is the electronics industry, where it is sometimes of utmost importance that structures such as substrates have a uniform coating.
コートしようとする構造物の形状は、円形、長方形、三
角形、多角形などから選択できる。さらに、本発明の方
法及び装置は、大面積の平坦基板の全面にわたって極め
て一様な厚さの被膜をコートすることができる。The shape of the structure to be coated can be selected from a circle, a rectangle, a triangle, a polygon, and the like. Further, the method and apparatus of the present invention can coat a very uniform thickness across a large area flat substrate.
さらに、この方法を使うと、ディップ型コーティング法
でよく起こるビードの形成がほとんどまたは全くない。
この方法は、構造物の底部に形成されるポリマーのビー
ドなど、コーティング流体のビードを生じないので、余
分な操作も不要となる。現在は、コート済み構造物の底
部に付着したこのコーティング流体のビードは、切断ま
たはのこ引きまたはせん断で除去しているが、本発明を
用いるとこの問題がなくなる。ビードがなくなる基本的
な理由は、被膜が乾燥し凝固する際の垂下または流れに
よって、基板底部に形成されるより厚い被膜がたえず溶
解することである。Moreover, with this method, there is little or no bead formation, which is common in dip-type coating methods.
This method also eliminates beading of the coating fluid, such as polymer beads forming at the bottom of the structure, thus eliminating the need for extra manipulation. Currently, the bead of this coating fluid that adheres to the bottom of the coated structure is removed by cutting or sawing or shearing, but the present invention eliminates this problem. The basic reason for bead elimination is that the droop or flow as the coating dries and solidifies, causing the thicker coating that forms at the bottom of the substrate to constantly dissolve.
［発明の目的及び要約］ 本発明の一目的は、平坦基板の両面にコーティング材料
の一様な被膜を塗布する技法を提供することにある。具
体的には、この方法は、薄い金属箔など繊細な大面積の
平坦基板でもよく働く。OBJECT AND SUMMARY OF THE INVENTION One object of the present invention is to provide a technique for applying a uniform coating of coating material on both sides of a flat substrate. Specifically, this method works well for delicate large-area flat substrates such as thin metal foils.
本発明のもう１つの目的は、上記の被膜を極めて一様に
生成する装置を記載することにある。本発明で記載する
装置は、複雑な所がなく、簡単なために再現可能性をも
たらす。Another object of the invention is to describe a device for producing the coating described above in a very uniform manner. The device described in this invention provides reproducibility because of its simplicity and simplicity.
本発明に従う構想物をコートする方法は、 （ａ）底壁、カバー及び少なくとも３つの側壁を有し、
少なくとも１つの側壁が上記底壁に対して直角をなさな
い角度で設けられているコーティング槽内に入れられた
コーティング流体内に構造物の少なくとも一部分を浸す
ステップと、 （ｂ）上記コーティング流体を上記コーティング槽から
排出して、上記構造物の少なくとも一部分上にコーティ
ングを形成するステップとを含む。A method of coating a concept according to the invention comprises: (a) a bottom wall, a cover and at least three side walls,
Immersing at least a portion of the structure in a coating fluid contained in a coating bath having at least one side wall at an angle that is not perpendicular to the bottom wall; Draining the coating bath to form a coating on at least a portion of the structure.
そして、上記コーティング流体を濾過システムを経て保
持槽内に排出することを特徴とする。Then, the coating fluid is discharged into the holding tank through a filtration system.
本発明に従う構造物をコートするための装置は、 底壁、カバー及び少なくとも３つの側壁を有し、少なく
とも１つの側壁が上記底壁に対して直角をなさない角度
で設けられ、コーティング流体を入れられたコーティン
グ槽を備え、構造物をコートする間に上記コーティング
流体を除去する手段が設けられていることを特徴とす
る。An apparatus for coating a structure according to the invention comprises a bottom wall, a cover and at least three side walls, at least one side wall being provided at an angle not perpendicular to said bottom wall and containing a coating fluid. And a means for removing the coating fluid while coating the structure.
本発明に従う構造物をコートするための装置は、 底壁、カバー及び少なくとも１つの湾曲した側壁を有す
る、コーティング流体を入れられたコーティング槽を備
え、構造物をコートする間に上記コーティング流体を除
去する手段が設けられていることを特徴とする。An apparatus for coating a structure according to the invention comprises a coating bath containing a coating fluid having a bottom wall, a cover and at least one curved side wall, the coating fluid being removed during coating of the structure. It is characterized in that means for doing so are provided.
［図面の簡単な説明］ 図1Aは、本発明に従う装置の側面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1A is a side view of a device according to the present invention.
図1Bは、本発明に従う装置又は方法を用いてコートした
構造物の側面図である。FIG. 1B is a side view of a structure coated using an apparatus or method according to the present invention.
図２は、本発明に従う装置の別の実施例の側面図であ
る。FIG. 2 is a side view of another embodiment of the device according to the invention.
図３は、本発明に従う装置の別の実施例の側面図であ
る。FIG. 3 is a side view of another embodiment of the device according to the invention.
図４は、本発明に従う装置の別の実施例の側面図であ
る。FIG. 4 is a side view of another embodiment of the device according to the present invention.
図５は、参考例の装置の側面図である。FIG. 5 is a side view of the device of the reference example.
図６は、図５の直壁型装置から得られたコーティング
を、本発明に従う図1Aの装置と類似の15度の角度をなす
１つの側壁を有する装置で得られたコーティングと比較
するグラフである。FIG. 6 is a graph comparing coatings obtained from the straight-walled device of FIG. 5 with coatings obtained from a device having one side wall at an angle of 15 degrees similar to the device of FIG. 1A according to the present invention. is there.
［発明の詳細な説明］ 本発明は、構造物の一様なコーティングを得るための新
規な方法及び装置を記述するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention describes a novel method and apparatus for obtaining a uniform coating of structures.
現在、金属マスクの製造においては、チェーン駆動式コ
ンベアで、部品をフォトレジストなどの流体の槽に、部
品のプリベーク（ソフト・ベーク）速度と同じ速度で浸
し、そこから引き上げている。本発明は、大きな表面積
にわたって一様な被膜のコーティングを生成する、レジ
スト・コーティングなどコーティングの実用的な手法を
開示する。Currently, in the manufacture of metal masks, a chain-driven conveyor is used to immerse a component in a bath of fluid such as photoresist at the same rate as the component's pre-bake (soft bake) speed, and then pull it up from there. The present invention discloses a practical approach for coatings, such as resist coatings, that produces a uniform film coating over a large surface area.
前に述べた、基板上のフォトレジスト・コーティングな
どコーティング流体のウェッジ効果が起こるのは、溶媒
が蒸発するにつれて湿ったポリマーが流動し、それによ
って厚さの変動に伴って蒸発速度が変化するときであ
る。こうした変化を補償しまたはそれに反応するために
は、表面全体にわたって部品の引上げ速度を変化させる
ことが必要である。これを実施するための１つの技法
は、ディップ・コーティング装置を改良して、高価で複
雑な制御システムを組み込むものであろうが、この制御
システムの信頼性及び性能は保証できない。The previously mentioned wedge effect of coating fluids, such as photoresist coatings on substrates, occurs when the wet polymer flows as the solvent evaporates, which causes the evaporation rate to change with thickness variation. Is. To compensate for or react to these changes, it is necessary to change the pull rate of the part across the surface. One technique for doing this would be to modify the dip coating machine to incorporate an expensive and complex control system, but the reliability and performance of this control system cannot be guaranteed.
しかし、槽の液面レベル及びオリフィスを通って槽から
出る液体の回収速度のもつ効果を認識することにより、
槽中の液面レベルの下降速度は全く容易に制御できる。
タンクのプロフィルを横切る断面積を変化させ、オリフ
ィス（ドレン）寸法を一定に保つことにより、溶液が重
力排出される際に、コーティングすべき構造の表面にお
ける液体の線形移動がそれに対応して変化する。したが
ってまた、タンクの幾何形状が回収速度を規定し、した
がって被膜コーティングの一様性を規定する。この手法
は、被膜コーティング中に非一様性を発生させる上記の
機構を補償する働きをする。However, by recognizing the effect of the liquid level of the tank and the rate of recovery of liquid exiting the tank through the orifice,
The rate of descent of the liquid level in the tank can be controlled quite easily.
By varying the cross-sectional area across the tank profile and keeping the orifice (drain) size constant, there is a corresponding change in the linear movement of the liquid on the surface of the structure to be coated as the solution is gravity drained. . Thus, again, the tank geometry defines the recovery rate and thus the coating coating uniformity. This approach serves to compensate for the above mechanism that causes non-uniformities in the coating coating.
「ベルヌーイの方程式」と呼ばれる流体力学の基本的関
係式を使うと、流体回収速度を傾斜した槽中の液面高さ
の関数として算出することができる。定常的非圧縮流に
対するベルヌーイの方程式は、次の通りである。Using a basic hydrodynamic relational equation called the "Bernoulli equation", the fluid recovery rate can be calculated as a function of the liquid level height in the inclined tank. Bernoulli's equations for steady incompressible flow are:
P2−P1＝ρｇ（Y2−Y1） 上式でP2及びP1は、それぞれ槽の下端及び上端における
槽に閉じ込められた溶液の静圧を表し、ρは槽内の流体
の密度、ｇは重力、Y2及びY1は、それぞれ槽の上端及び
下端における溶液の高さの差を表す。P 2 −P 1 = ρg (Y 2 −Y 1 ) In the above equation, P 2 and P 1 represent the static pressures of the solutions trapped in the tank at the lower and upper ends of the tank, respectively, and ρ represents the fluid in the tank. Density, g represents gravity, and Y 2 and Y 1 represent the difference in solution height at the upper and lower ends of the tank, respectively.
上記の関係式は、圧力差が、溶液の高さの差に比例する
ことを示している。したがって、ベルヌーイの関係式を
適用し、コーティング溶液の特定の物理的特性に合うよ
うに槽の形状を設計することにより、平坦な基板を一様
にコートすることが可能になる。The above relationship shows that the pressure difference is proportional to the difference in solution height. Therefore, by applying the Bernoulli equation and designing the shape of the bath to suit the specific physical properties of the coating solution, it is possible to coat a flat substrate uniformly.
図1Aは、本発明を実施するための好ましい装置を示す。
コーティング装置５は、底壁12と傾斜した側壁14と垂直
な側壁16とを有するコーティング槽10からなる。端壁
（図示せず）は、垂直でも傾斜していても湾曲していて
もよい。カバー18は、コーティング装置10を汚染から保
護するもので、ディップ・コーティングする構造物を出
し入れできる１つまたは複数の開口を有することができ
る。保持槽または重力槽30は、液位26を有し、底壁12ま
たはいずれかの側壁を経てコーティング槽10に接続され
ている。図1Aに示すように、通常の制御弁32をもつ管31
が、コーティング槽10を保持槽30に接続している。保持
槽または重力槽30は、必要なコーティング流体をコーテ
ィング槽10に供給する、コーティング流体22の貯蔵場所
として働くだけでなく、構造物のコーティング中に流体
がコーティング槽10から排出された後は保持槽、または
重力槽としても働く。流体または液体を浄化するため、
濾過システムを設けることもできる。濾過システムは、
コーティング槽10から流体または液体を引き出すポンプ
・システムも含むことができる。図1Aでは、コーティン
グ槽10と保持槽30の間にそれぞれ管33と37を介し、制御
弁34と36を備えた濾過システム35が配置されている。コ
ーティング槽10に流体22を補給するため、ポンプ40と制
御弁38を備えた管39が設けられている。コーティング槽
10は、コーティング流体22で所望の高さまで充たされ、
コートすべき構造物すなわち基板20が基板ホルダ21を用
いてコーティング流体22中に浸される。基板20のコート
すべき部分が、液位24より下になければならない。した
がって、構造物20全体をコートする場合は、基板20全体
を流体22中に液位24より下まで完全に浸さなければなら
ない。コーティング・システムがセットアップされる
と、コーティング槽10中のコーティング流体22が重力に
よって保持槽30中に排出され、あるいはポンプと濾過シ
ステム35を介して制御された形で一定速度でポンプ排出
される。どちらの場合も、コーティング槽10と基板20は
固定したままである。もちろん、コーティング流体22の
保持槽30への流入も、制御弁32、34または36によって制
御できる。コーティング流体22が基板20を１回通過した
後、被膜材料特性に応じて追加のコーティング層を形成
できる。基板20を持ち上げ、再度コーティング槽10をコ
ーティング流体22で充たし、基板20をコーティング流体
22中に浸すことにより、連続するコーティングの蓄積に
よってより厚いコートを形成することが実現可能であ
る。このステップは、希望する回数だけ繰り返すことが
できる。前のコートが乾燥してから次のコーティング層
が形成されるように、各コーティング層間で十分な時間
が経ったことを確認することは明白であろう。この手法
が可能なのは、コーティング材料が、後続の浸漬で部分
的または完全に再溶解する性質を持たない場合だけであ
る。FIG. 1A shows a preferred apparatus for practicing the present invention.
The coating apparatus 5 comprises a coating tank 10 having a bottom wall 12, inclined side walls 14 and vertical side walls 16. The end wall (not shown) can be vertical, canted or curved. The cover 18 protects the coating apparatus 10 from contamination and can have one or more openings through which structures for dip coating can be placed in and out. The holding tank or gravity tank 30 has a liquid level 26 and is connected to the coating tank 10 via the bottom wall 12 or one of the side walls. As shown in FIG. 1A, a pipe 31 with a conventional control valve 32
However, the coating tank 10 is connected to the holding tank 30. The holding or gravity tank 30 not only acts as a reservoir for the coating fluid 22 that supplies the required coating fluid to the coating tank 10, but also retains the fluid after it has been discharged from the coating tank 10 during coating of the structure. It also works as a tank or gravity tank. To purify fluids or liquids,
A filtration system can also be provided. The filtration system is
A pump system for withdrawing fluid or liquid from the coating bath 10 may also be included. In FIG. 1A, a filtration system 35 with control valves 34 and 36 is arranged between the coating tank 10 and the holding tank 30 via tubes 33 and 37, respectively. A pipe 39 having a pump 40 and a control valve 38 is provided to replenish the coating tank 10 with the fluid 22. Coating tank
10 is filled with coating fluid 22 to the desired height,
The structure to be coated or substrate 20 is dipped into coating fluid 22 using substrate holder 21. The portion of substrate 20 to be coated must be below liquid level 24. Therefore, when coating the entire structure 20, the entire substrate 20 must be completely submerged in the fluid 22 below the liquid level 24. Once the coating system is set up, the coating fluid 22 in the coating vessel 10 is drained by gravity into the holding vessel 30 or pumped through the pump and filtration system 35 at a controlled rate. In both cases, the coating bath 10 and the substrate 20 remain fixed. Of course, the inflow of the coating fluid 22 into the holding tank 30 can also be controlled by the control valves 32, 34 or 36. After the coating fluid 22 has passed through the substrate 20 once, additional coating layers can be formed depending on the coating material properties. The substrate 20 is lifted, the coating tank 10 is filled again with the coating fluid 22, and the substrate 20 is coated with the coating fluid
By soaking in 22, it is feasible to form thicker coats by the build up of successive coatings. This step can be repeated as many times as desired. It will be clear to make sure that sufficient time has elapsed between each coating layer so that the previous coating has dried before the next coating layer is formed. This approach is only possible if the coating material does not have the property of partially or completely redissolving in subsequent dips.
単一のコーティング層26から得られるコート済み基板20
を図1Bに示す。前に述べたように、基板20は、同一材料
または異なる材料の多数のコーティング層26をもつこと
もできる。片面だけコートした基板が望まれる場合、コ
ーティングが不要な領域をマスクで覆うなどして、不要
領域からコーティングを除去することは、当業者にとっ
て極めて容易であろう。Coated substrate 20 resulting from a single coating layer 26
Is shown in FIG. 1B. As mentioned previously, the substrate 20 can also have multiple coating layers 26 of the same or different materials. If a substrate coated on only one side is desired, it will be very easy for a person skilled in the art to remove the coating from the unnecessary area, such as by masking the area where the coating is unnecessary.
図２は、コーティング槽の構造の別の実施例を示す。コ
ーティング槽50は、底壁12とカバー18を有し、コーティ
ング槽50の側壁54、56が傾斜している点以外はコーティ
ング槽10と同様である。基板ホルダ21を使って、コート
すべき構造物51を流体22中に液位24より下まで完全に浸
す。コーティング操作の開始時に、流体22は、管52を経
て、槽30と同様の保持槽またはシステム35に類似のポン
プ及び濾過システムに排出される。加熱または冷却手段
58が、コーティング槽50あるいは本発明を利用する他の
コーティング槽を備えることもできる。FIG. 2 shows another embodiment of the structure of the coating tank. The coating tank 50 has the bottom wall 12 and the cover 18, and is similar to the coating tank 10 except that the side walls 54 and 56 of the coating tank 50 are inclined. Using the substrate holder 21, the structure 51 to be coated is completely submerged in the fluid 22 below the liquid level 24. At the beginning of the coating operation, fluid 22 is discharged via line 52 to a holding tank similar to tank 30 or a pump and filtration system similar to system 35. Heating or cooling means
58 may also include coating bath 50 or other coating baths utilizing the present invention.
コーティング槽設計のもう１つの可能な変形を図３に示
す。コーティング槽60は２つの側壁64、66を有し、これ
らの側壁は傾斜していて、カバー18の表面積の方が底壁
12の表面積よりも広くなっている。管62を使って、流体
22を直接にまたはポンプ及び濾過システム35を介して重
力槽または保持槽30に排出する。コートするためにコー
ティング流体22に完全に浸した、変わった形の基板61が
示されている。Another possible variation of coating bath design is shown in FIG. The coating tank 60 has two side walls 64 and 66, which are sloped so that the surface area of the cover 18 is the bottom wall.
Wider than 12 surface areas. With tube 62, fluid
Drain 22 directly or via a pump and filtration system 35 into a gravity or holding tank 30. An unusually shaped substrate 61 is shown, which is completely immersed in the coating fluid 22 for coating.
図４は、コーティング槽70の形が違っていても、基板20
の一様なコーティングが得られることを示している。コ
ーティング槽70の側壁74、76は湾曲している。端壁（図
示せず）は湾曲していてもそうでなくてもよい。コーテ
ィング槽70には、コーティング流体22の粘稠性を維持す
るために攪拌手段78を取り付けることもできる。このコ
ーティング流体の攪拌によって、コーティング流体の均
質性も維持される。液体または流体の運動がコートされ
る構造物に悪く影響を与えないように、攪拌手段78から
の攪拌作用は、図４に示すように、最小限の攪拌に留め
るべきである。湾曲した側壁74、76は、断面を円形、楕
円形などとすることができる。図のように、基板20は層
26で部分的にコートされており、コーティング流体22は
コーティング槽70からコンジット72を経て排出中であ
る。4 shows that even if the coating tank 70 has a different shape, the substrate 20
It is shown that a uniform coating of is obtained. The side walls 74 and 76 of the coating tank 70 are curved. The end wall (not shown) may or may not be curved. The coating tank 70 may be equipped with a stirring means 78 in order to maintain the viscosity of the coating fluid 22. The stirring of the coating fluid also maintains the homogeneity of the coating fluid. The stirring action from the stirring means 78 should be kept to a minimum, as shown in FIG. 4, so that the movement of the liquid or fluid does not adversely affect the structure being coated. The curved sidewalls 74, 76 can be circular, elliptical, etc. in cross-section. As shown, the substrate 20 is a layer
Partially coated at 26, coating fluid 22 is being discharged from coating tank 70 via conduit 72.
コーティング槽の参考実施例を図５に示す。コーティン
グ槽80は、真直ぐな側壁84、86と底壁12及びカバー18を
有する。基板20は、図のように全側面がコーティング層
26でコートされている。流体22がコーティング槽80から
管82を経て保持槽30に排出中なので、液位24はコートさ
れた基板20より下に低下している。前述のように、流体
22は、重力によって、あるいはポンプ及び濾過システム
35によっ保持槽30に導くことができる。A reference example of the coating tank is shown in FIG. The coating tank 80 has straight side walls 84 and 86, a bottom wall 12 and a cover 18. Substrate 20 has coating layer on all sides as shown
It is coated with 26. Since the fluid 22 is being discharged from the coating tank 80 via the pipe 82 to the holding tank 30, the liquid level 24 has dropped below the coated substrate 20. As mentioned above, fluid
22 by gravity or by pump and filtration system
It can be guided to the holding tank 30 by 35.
現在の装置上の制限及び欠点に鑑みて、今や一様な厚さ
のコーティングの再現可能な作成が可能となった。In view of current equipment limitations and drawbacks, it has now become possible to reproducibly produce coatings of uniform thickness.
液体高さなどのディップ・コーティングの諸パラメー
タ、液体の引上げ技術と引上げ速度、及び槽の設計を最
適化することにより、大きな平坦基板のコーティング
を、一様に都合よくかつ精密に制限して行うことが可能
である。Optimize large flat substrate coatings uniformly, conveniently and precisely by optimizing dip coating parameters such as liquid height, liquid pulling technique and speed, and bath design It is possible.
本発明の一様なコーティングを実現する際の重要な要素
の１つは、コーティング槽のプロフィルによってコーテ
ィングの完全性を制御しながら、（コートすべき構造物
を容器から引き出すのではなく）コーティング流体を容
器から一定の流速で排出することである。One of the key factors in achieving a uniform coating of the present invention is the coating fluid (rather than drawing the structure to be coated out of the container) while controlling the integrity of the coating through the profile of the coating bath. Is discharged from the container at a constant flow rate.
本発明のコーティング方法を使って作成した層または被
膜で、構造物上に材料の複合層を形成することもでき
る。それには、まず第１の一様な層を形成し、この第１
層を完全に乾燥させ、次いでこの工程を繰り返して、一
様にコートした所望の数の追加の層を得る。ただし、こ
の方法が被膜材料の諸特性と整合性をもつ必要がある。Layers or coatings made using the coating method of the present invention can also form a composite layer of material on a structure. To do this, first form a first uniform layer, then
The layers are thoroughly dried, then the process is repeated to obtain the desired number of additional layers that are uniformly coated. However, this method must be compatible with the properties of the coating material.
例： 下記の例は、本発明をさらに詳しく例示するためのもの
であり、いかなる形であれ本発明の範囲を限定するもの
ではない。Examples: The following examples serve to illustrate the invention in more detail and do not limit the scope of the invention in any way.
薄いモリブデン・マスクである25.4cm（10インチ）の構
造物２個を選び、寸法や厚さなどその物理的特性を記録
した。一方のマスクを図５に示したものと同様の直壁型
コーティング槽に入れ、第２のマスクを図1Aに示したも
のと同様の、１つの側壁が15度傾斜したコーティング槽
に入れた。両方のコーティング槽を同じコーティング流
体、すなわちフォトレジストで充たし、両方のマスクを
コーティング流体中に完全に浸した。弁を開いて、両方
のコーティング槽からコーティング流体を重力で重力槽
または保持槽内へと流下させた。両方のコーティング槽
からの流出速度は、毎分16.4mlに制御した。図６または
表１からわかるように、25.4cmのマスクまたは構造物で
は、直壁型コーティング槽は、25.4cmのマスクの頂部の
コーティング厚さが3.0ミクロンで、マスクの底部のコ
ーティング厚さが4.0ミクロンの「ウェッジ」形プロフ
ィルを与えたが、斜壁型コーティング槽は、構造物の頂
部から底部までほとんど厚さに差のない、ほぼ一様なプ
ロフィルを与える。直壁型コーティング槽では、コーテ
ィング厚さに１ミクロンの変動があったが、斜壁型コー
ティング槽では、同じ諸条件の下で25.4cmのマスクの頂
部と底部のコーティング厚さの変動が0.1ミクロンにす
ぎなかった。Two 25.4 cm (10 inch) structures, which are thin molybdenum masks, were selected and their physical properties such as size and thickness were recorded. One mask was placed in a straight-wall type coating bath similar to that shown in FIG. 5, and the second mask was placed in a coating bath similar to that shown in FIG. Both coating baths were filled with the same coating fluid, photoresist, and both masks were completely immersed in the coating fluid. The valve was opened and gravity allowed the coating fluid to flow down from both coating tanks into the gravity tank or holding tank. The outflow rate from both coating tanks was controlled at 16.4 ml / min. As can be seen in FIG. 6 or Table 1, for a 25.4 cm mask or structure, a straight wall coating bath has a coating thickness of 3.0 microns on the top of the 25.4 cm mask and a coating thickness of 4.0 on the bottom of the mask. Although provided with a micron "wedge" profile, the swash wall coating bath provides a nearly uniform profile with almost no difference in thickness from the top to the bottom of the structure. In the straight wall type coating tank, there was a variation of 1 micron in the coating thickness, but in the slant wall type coating tank, the variation of the coating thickness on the top and bottom of the 25.4 cm mask was 0.1 micron under the same conditions. It was nothing more than
表１ 直壁型 15度斜壁型 頂部 3.0ミクロン 3.5ミクロン 底部 4.0ミクロン 3.6ミクロン このことからはっきりわかるように、傾斜した壁面によ
る本発明の方法を使用して、ほぼ一様なコーティングを
得ることができる。同様に、本発明の方法を使用して、
コーティング槽のプロフィルを変えることにより、ある
いは１つまたは複数の側壁の角度を変えることにより、
構造物上のコーティングを「カストマイズ」することも
できる。Table 1 Straight wall type 15 degree sloping wall type Top 3.0 micron 3.5 micron Bottom 4.0 micron 3.6 micron As can be clearly seen, it is possible to obtain a substantially uniform coating using the method of the present invention with inclined walls. it can. Similarly, using the method of the invention,
By changing the profile of the coating bath or by changing the angle of one or more side walls,
The coating on the structure can also be "customized".
このことから、ディップ式コーティングの応用例及び他
の引上げ技術では明白な、平坦基板上のウェッジ厚さプ
ロフィルがなくなったことがわかる。From this it can be seen that the wedge thickness profile on the flat substrate, which is evident in dip coating applications and other pulling techniques, is gone.
以上、本発明をその特定の好ましい実施例に関して詳し
く説明したが、以上の説明に照らせば、当業者には多数
の代替例、修正及び変形が明かであろうことは明白であ
る。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのような
代替例、修正及び変形を、本発明の真の範囲及び趣旨に
含まれるものとして包含するものとする。While the present invention has been described in detail with regard to its particular preferred embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that numerous alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, the appended claims are intended to cover such alternatives, modifications and variations as fall within the true scope and spirit of the invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アイゼンヒューツ、ガリー、カール アメリカ合衆国ニューヨーク州ワッピンガ ーズ・フォールズ、クラップ・アベエニュ ー34番地 (72)発明者 カーデゼイル、マシュー、トーマス アメリカ合衆国ニューヨーク州サルト・ポ イント、ボックス632、アール・デイー１ 番地 (56)参考文献 特開 平２−14770（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−205944（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−1858（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭53−15095（ＪＰ，Ｂ２) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Eisenhutes, Gully, Carl No. 34 Clap Ave Neg, Wappingers Falls, New York, USA (72) Inventor Cardezale, Matthew, Thomas Salt Po, NY, USA Int, Box 632, Address 1 (56) Reference JP 2-14770 (JP, A) JP 61-205944 (JP, A) JP 52-1858 (JP, U) JP Sho 53-15095 (JP, B2)
Claims (4)
側壁を有し、少なくとも１つの側壁が上記底壁に対して
直角をなさない角度で設けられているコーティング槽内
に入れられたコーティング流体内に構造物の少なくとも
一部分を浸すステップと、 （ｂ）上記コーティング流体を上記コーティング槽から
排出して、上記構造物の少なくとも一部分上にコーティ
ングを形成するステップとを含む、構造物をコートする
方法。1. A coating contained in a coating tank comprising: (a) a bottom wall, a cover and at least three side walls, at least one side wall being provided at an angle which is not perpendicular to said bottom wall. Coating a structure, comprising immersing at least a portion of the structure in a fluid; and (b) draining the coating fluid from the coating bath to form a coating on at least a portion of the structure. Method.
て保持槽内に排出することを特徴とする請求項１記載
の、構造物をコートする方法。2. The method for coating a structure according to claim 1, wherein the coating fluid is discharged into a holding tank through a filtration system.
有し、少なくとも１つの側壁が上記底壁に対して直角を
なさない角度で設けられ、コーティング流体を入れられ
たコーティング槽を備え、構造物をコートする間に上記
コーティング流体を除去する手段が設けられている、構
造物をコートするための装置。3. A structure comprising a bottom wall, a cover and at least three side walls, at least one side wall being provided at an angle not perpendicular to said bottom wall and comprising a coating bath containing a coating fluid. An apparatus for coating a structure, wherein means for removing the coating fluid is provided during coating of the article.
た側壁を有する、コーティング流体を入れられたコーテ
ィング槽を備え、構造物をコートする間に上記コーティ
ング流体を除去する手段が設けられている、構造物をコ
ートするための装置。4. A coating bath containing a coating fluid having a bottom wall, a cover and at least one curved side wall, and means for removing the coating fluid while coating the structure are provided. Equipment for coating structures.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US57350590A | 1990-08-24 | 1990-08-24 | |
| US573,505 | 1990-08-24 | ||
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|---|---|
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| JPH0794028B2 true JPH0794028B2 (en) | 1995-10-11 |
Family
ID=24292258
Family Applications (1)
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| JPH05509030A (en) | 1993-12-16 |
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