(57)【要約】【解決手段】回転塗布法にて、基板の表面に塗膜を形成する塗膜形成方法であって、前記基板を囲うように装着して前記基板を保持することができ、且つ、前記基板を装着することで、前記基板の表面とともに実質的に一平面を形成する表面を有する基板保持治具を準備する工程（１）；前記基板を前記基板保持治具に装着する工程（２）；前記基板および前記基板保持治具により形成された前記表面上に、塗液を載置し、回転塗布法により前記平面上に塗膜を形成する工程（３）；ならびに前記基板から前記基板保持治具を取り外す工程（４）；を有することを特徴とする塗膜形成方法。【効果】本発明の塗膜形成方法は、回転塗布法により厚膜の塗膜であっても、ハンプを有しない塗膜を容易に形成することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転塗布法にて、基板の表面に塗膜を形成する塗膜形成方法であって、
前記基板を囲うように保持することができ、且つ、前記基板を保持することで、前記基板の表面とともに実質的に一平面を形成する表面を有する基板保持治具を準備する工程（１）；
前記基板を前記基板保持治具に保持する工程（２）；
前記基板および前記基板保持治具により形成された表面上に、塗液を載置し、回転塗布法により前記平面上に塗膜を形成する工程（３）；ならびに
前記基板から前記基板保持治具を取り外す工程（４）；
を有することを特徴とする塗膜形成方法。
【請求項２】
前記基板保持治具は、前記基板を嵌め込むことができる嵌挿部を備え、前記基板を前記嵌挿部に嵌め込むこと前記基板を保持する、請求項１に記載の塗膜形成方法。
【請求項３】
前記嵌挿部は凹部である、請求項２に記載の塗膜形成方法。
【請求項４】
前記基板保持治具が、該基板保持治具に保持された前記基板の動きを抑制する基板抑制手段を具備してなる、請求項１から３のいずれかに記載の塗膜形成方法。
【請求項５】
前記基板抑制手段の材質がエラストマーである、請求項４に記載の塗膜形成方法。
【請求項６】
前記回転塗布法における最高回転速度が１００〜３，５００ｒｐｍ、前記塗液のＪＩＳ  Ｋ２２８３における静的粘度が０．１〜３０，０００ｍＰａ・ｓである、請求項１〜５のいずれかに記載の塗膜形成方法。
【請求項７】
前記塗膜が感光性樹脂組成物である、請求項１〜６のいずれかに記載の塗膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、および表示素子等の素子の製造では、レジスト組成物等の塗液を、回転塗布法にて基板上に塗布し、その塗膜を基板上に形成することが頻繁に行われる。回転塗布法とは、シリコンウェハ等の基板表面上に塗液を滴下し、回転による遠心力にて塗液を基板表面に広げて塗膜を形成するという方法である。
【０００３】
回転塗布法で厚膜の塗膜を得るためには、塗液の粘度を高くするか、または基板の回転速度を下げる必要がある。しかしながら、塗液の粘度を高くすると、塗液を吐出する際に、塗液の泡噛みや、吐出ノズル内での詰まりのほか、基板周縁部において液戻り等による塗膜の凸状の盛り上がり（ハンプともいう）が生じる問題がある。また、基板の回転速度を下げると、基板周縁部での塗液の振り切りが困難になり、塗膜の周縁部にハンプが生じる問題がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１３９３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、厚膜の塗膜であっても、塗膜にハンプが生じない回転塗布法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、回転塗布法にて、基板の表面に塗膜を形成する塗膜形成方法であって、
前記基板を囲うように保持することができ、且つ、前記基板を保持することで、前記基板の表面とともに実質的に一平面を形成する表面を有する基板保持治具を準備する工程（１）；
前記基板を前記基板保持治具に保持させる工程（２）；
前記基板および前記基板保持治具により形成された表面上に、塗液を載置し、回転塗布法により前記平面上に塗膜を形成する工程（３）；ならびに
前記基板から前記基板保持治具を取り外す工程（４）；
を有することを特徴とする塗膜形成方法である。
【０００７】
前記塗膜形成方法において、前記基板保持治具は、前記基板を嵌め込むことができる嵌挿部を備え、前記基板を前記嵌挿部に嵌め込むこと前記基板を保持することが好ましい。  前記嵌挿部は凹部であることが好ましい。
【０００８】
前記塗膜形成方法において、前記基板保持治具が、該基板保持治具に保持された前記基板の動きを抑制する基板抑制手段を具備してなることが好ましい。前記基板抑制手段の材質はエラストマーであることが好ましい。
【０００９】
前記塗膜形成方法において、前記回転塗布法における最高回転速度が１００〜３，５００ｒｐｍ、前記塗液のＪＩＳ  Ｋ２２８３における静的粘度が０．１〜３０，０００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。
前記塗膜形成方法において、前記塗膜は例えば感光性樹脂組成物である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の塗膜形成方法は、回転塗布法により、厚膜の塗膜であっても、ハンプを有しない塗膜を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は、円盤形状の凹部を嵌挿部として有する円盤状の基板保持治具１の上面図、図２（ｂ）は、基板保持治具１を、その中心線を含む平面で切断したときに得られる断面図である。
【図２】図２は、本発明の塗膜形成方法の一例を模式的に示した図である。
【図３】図３は、塗膜を備えた円盤形状の基板の、中心線を含む平面で切断したときの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の塗膜形成方法は、回転塗布法にて、基板の表面に塗膜を形成する塗膜形成方法であって、下記工程（１）〜（４）を有することを特徴とする。
工程（１）
工程（１）は、前記基板を囲うように保持することができ、且つ、前記基板を保持することで、前記基板の表面とともに実質的に一平面を形成する表面を有する基板保持治具を準備する工程である。
【００１３】
前記基板としては、塗膜を形成することができる基材であれば特に制限はなく、例えば半導体基板、ガラス基板、シリコン基板および半導体板、ガラス板、シリコン板の表面に各種金属膜などを設けて形成される基板などを挙げることができる。基材の形状には特に制限はなく、例えば円盤形状である。
【００１４】
前記基板保持治具は、前記基板を囲うように保持することができる。つまり、前記基板保持治具に基板を装着することができ、前記基板保持治具に基板を装着したとき前記基板保持治具は基板の周囲を囲っており、そのような状態で前記基板保持治具は基板を保持する。
【００１５】
前記基板保持治具は、例えば、基板を嵌め込むことができる嵌挿部を備えることができる。嵌挿部の態様としては、例えば、基板保持治具が凹部、つまり底のある窪みを有しており、その凹部を嵌挿部としてもよく、基板保持治具が中空部を有する環状等の形状を有しており、その中空部を嵌挿部としてもよい。
【００１６】
前記嵌挿部の形状は、嵌め込まれる基板の形状に応じて決定される。例えば、基板が円盤形状である場合には、嵌挿部も円盤形状とすることができる。この場合、基板保持治具は、例えば、円盤形状の凹部を嵌挿部として有する円盤状の基板保持治具とすることもでき、円盤形状の中空部を嵌挿部として有する環状の基板保持治具とすることもできる。
【００１７】
前記基板保持治具は、基板を保持することで、前記基板の表面とともに実質的に一平面を形成する表面を有する。つまり、基板を基板保持治具に装着し、基板保持治具に基板を保持させた状態で、基板保持治具の表面と基板の表面とに実質的な段差や隙間がなく、基板保持治具の表面と前記基板の表面とで実質的に一平面が形成される。前記基板保持治具が基板を嵌め込むことができる嵌挿部を備える場合には、基板を前記嵌挿部に嵌め込んで、基板を基板保持治具に保持させた状態で、基板保持治具の表面と前記基板の表面とに実質的な段差や隙間がなく、基板保持治具の表面と前記基板の表面とで実質的に一平面が形成される。この条件は、基板の厚みと嵌挿部の長さまたは深さとを調整することによって満たすようにすることができる。
【００１８】
前記嵌挿部の寸法は、嵌め込まれる基板の寸法に応じて決定される。
図１に基板保持治具の一具体例を示す。図１に示される基板保持治具１は、円盤形状の凹部を嵌挿部として有する円盤状の基板保持治具である。図１（ａ）は、基板保持治具１の上面図、図２（ｂ）は、基板保持治具１を、その中心線を含む平面で切断したときに得られる断面図を示す。基板保持治具１は、周縁部３と底部４とを有し、周縁部３および底部４によって形成される凹部である嵌挿部２を備える。基板保持治具１は、嵌挿部２には円盤状の基板（図示せず）を嵌め込むことができ、嵌挿部２に基板を嵌め込んだ状態、つまり嵌挿部２に基板が嵌挿され、基板の底面が底部４の上面に当接した状態で、基板の上面と周縁部３の上面５とが実質的に一平面を形成するように設計される。
【００１９】
図１（ａ）および（ｂ）において、「Ａ」および「Ｃ」は嵌挿部２の直径を示し、「Ｂ」は周縁部３の幅を示し、「Ｄ」は嵌挿部２の深さを示し、「Ｅ」は基板保持治具１の直径を示し、「Ｆ」は周縁部３の高さを示す。
【００２０】
基板保持治具１に嵌め込まれる基板が、直径４インチ、６インチ、８インチまたは１２インチの円盤形状である場合の上記Ａ〜Ｆの各寸法は、例えば下記表１のようにすることができる。
【００２１】
【表１】
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前記基板保持治具の材料としては、本発明の効果が得られる限り特に制限はなく、例えば金属、プラスチックス等を挙げることができる。
【００２２】
工程（２）
工程（２）は、前記基板を前記基板保持治具に保持させる工程である。つまり、基板を基板保持治具に装着し、基板を基板保持治具に保持させる。前記基板保持治具が基板を嵌め込むことができる嵌挿部を備える場合には、工程（２）は、前記基板を前記基板保持治具の凹部に嵌め込む工程である。
【００２３】
前述のとおり、前記基板保持治具に基板を保持させた状態、例えば、前記基板保持治具が基板を嵌め込むことができる嵌挿部を備える場合には、基板を前記嵌挿部に嵌め込んだ状態で、基板保持治具の表面は基板の表面とともに実質的に一平面を形成する。
【００２４】
基板保持治具に装着された基板は、後述の工程中に基板保持治具から抜け出し、基板保持治具から離脱することなどが考えられるので、基板保持治具は、装着された基板の動きを抑制する基板抑制手段を具備していてもよい。基板抑制手段としては、本発明の効果が損なわれない限りどのような態様の手段であってもよいが、例えばパッキン、シーラントを挙げることができる。前記基板保持治具が基板を嵌め込むことができる嵌挿部を備えている場合には、パッキンやシーラントは、例えば、嵌挿部における基板との嵌合面に装着され、嵌挿部に嵌め込まれた基板の動きを抑制する。
前記基板抑制手段の材質としては、ウレタンゴム等のエラストマーを挙げることができる。
【００２５】
工程（３）
工程（３）は、前記基板および前記基板保持治具により形成された平面上に塗液を載置し、回転塗布法により前記平面上に塗膜を形成する工程である。前述のとおり、前記基板保持治具に基板を保持させた状態、例えば、前記基板保持治具が基板を嵌め込むことができる嵌挿部を備える場合には、基板を前記嵌挿部に嵌め込んだ状態で、基板保持治具の表面は基板の表面とともに実質的に一平面を形成している。その平面上に塗液を載置し、回転塗布法により塗膜を形成する。
【００２６】
前記塗液は、基板および基板保持治具から形成される平面に回転塗布法により塗布することにより塗膜を形成することができる限り特に制限はない。前記塗液の一例として、レジストの形成に使用されるレジスト組成物（感光性樹脂組成物）を挙げることができる。
このような感光性樹脂組成物としては、例えば特開２００９−１９２６１３号公報、特開２０１０−００８９７２号公報、特開２００４−３０９７７７号公報、特開２００８−０７７０５７号公報、および特開２００７−２４１３１２号公報等に記載の組成物を挙げることができる。
【００２７】
前記塗液のＪＩＳ  Ｋ２２８３における静的粘度は、好ましくは０．１〜３０，０００ｍＰａ・ｓ、より好ましくは１〜１０，０００ｍＰａ・ｓである。
前記平面上に載置する塗液の量は、目的とする厚み等を有する塗膜が得られるように適宜決定される。
【００２８】
前記回転塗布法（スピンコート法）は、常法に従い実施することができる。
前記回転塗布法における最高回転速度は、塗液の種類や基板のサイズ等にもよるが、好ましくは１００〜３，５００ｒｐｍ、より好ましくは５００〜２，０００ｒｐｍである。回転時間は、塗液の種類等にもよるが、通常１〜３００秒間、好ましくは５〜２００秒間である。
【００２９】
塗膜の膜厚は、塗膜の種類等にもよるが、感光性樹脂組成物から形成された塗膜の場合、通常０．１〜１００μｍ、好ましくは１〜８０μｍ、より好ましくは１０〜７０μｍ、さらに好ましくは３０〜６０μｍである。
【００３０】
前記基板および基板保持治具から形成される平面上に塗液を載置し、回転塗布法により前記平面上に塗液を塗布することにより、前記基板の外側に位置する基板保持治具の周縁から塗液が振り切られ、前記基板および基板保持治具から形成される平面の全面に塗膜が形成される。このとき、塗膜の周縁部においては、通常、塗布された塗膜の液戻り等により塗膜に凸状の盛り上がりであるハンプが形成される。
【００３１】
工程（４）
工程（４）は、前記基板保持治具から前記基板を取り外す工程である。
工程（３）において前記基板および基板保持治具から形成される平面の全面に塗膜を形成した後に、前記基板保持治具から前記基板を取り外すことにより、上面に塗膜を備えた基板保持治具と上面に塗膜を備えた基板とに分離される。前述のとおり、塗膜の周縁部においてはハンプが形成されるが、ハンプは、塗膜が形成された前記平面のうち基板の外側に位置する基板保持治具の周縁部上の塗膜に形成されているので、基板保持治具の周縁部の幅をハンプの幅よりも大きく設計しておけば、基板保持治具から基板を取り外すことにより、ハンプは基板保持治具上の塗膜のみに存在し、基板上の塗膜には存在しないことになる。つまり、基板上に形成された塗膜は、ハンプを有さず、均一な厚みを有する。
【００３２】
図２は、本発明の塗膜形成方法の一例を模式的に示した図である。まず、図２（ａ）に示すように、円盤形状を有する基板１０を嵌め込むことができる凹部である嵌挿部１２を備えた円盤形状の基板保持治具１１を準備する（工程（１））。図２（ｂ）に示すように、基板１０を基板保持治具１１の嵌挿部１２に嵌め込む（工程（２））。基板１０を嵌挿部１２に嵌め込むことで、基板保持治具１１の表面は基板１０の表面とともに実質的に一平面を形成する。図２（ｃ）に示すように、基板１０および基板保持治具１１により形成された平面上に塗液１３を載置し、回転塗布法により塗液１３を前記平面に塗布する（工程（３））。そうすると、図２（ｄ）に示すように、前記平面全体に塗膜１４が形成される。図２（ｅ）に示すように、基板保持治具１１から基板１０を取り外す（工程（４））。そうすると、上面に塗膜１４を備えた基板保持治具１１（図２（ｅ）左上図）と、上面に塗膜１４を備えた基板１０（図２（ｅ）右上図）とに分離される。図２（ｅ）左下図は、上面に塗膜１４を備えた基板保持治具１１を、その中心線を含む平面で切断したときに現れる断面の形状を表わす図である。基板保持治具１１上に形成された塗膜１４はその周縁部にハンプ１５を有する。図２（ｅ）右下図は、上面に塗膜１４を備えた基板１０を、その中心線を含む平面で切断したときに現れる断面の形状を表わす図である。基板保持治具１０上に形成された塗膜１４はハンプを有さず、均一な厚みを有する。
【００３３】
前記基板保持治具を用いない、回転塗布法による従来の塗膜形成方法においては、基板に塗液を塗布するとき、基板の周縁から塗液が振り切られるので、基板の周縁部上にハンプが生じる。つまり、前記従来の塗膜形成方法においては、基板上の塗膜にハンプが生じることを通常避けられない。ハンプは、塗膜において厚みが不均一になっている部分であるから、基板上の塗膜に厚みの均一性が要求される半導体素子の製造等においては深刻な問題となる。
【００３４】
一方、本発明の塗膜形成方法においては、ハンプを基板保持治具上に形成させ、塗布後、基板を基板保持治具から取り外すことにより、ハンプのない、均一な厚みを有する塗膜を基板上に形成することができる。
【００３５】
図３に、ハンプを有する塗膜を備えた基板の一例を示す。図３は、塗膜を備えた円盤形状の基板の、中心線を含む平面で切断したときの断面図であり、基板の左側部分は省略されている。図３においては、基板２０の上に塗膜２４が設けられおり、塗膜２４の周線部にハンプ２５が形成されている。図３において、「Ｘ」は基板２０の中心線を示し、「Ｙ」はハンプ２５の頂点の位置を示し、「Ｚ」はハンプ２５の開始点の位置を示し、「Ｗ」はハンプ２５の終点の位置を示す。また、「Ｇ」は、基板２０の中心線Ｘ上における基板２０の厚みを示し、「Ｈ」は、基板２０の中心線Ｘ上における基板２０の厚みＧと、ハンプ２５の頂点の位置における基板２０の厚みとの差、つまりハンプ２５の高さを示し、「Ｉ」は、基板２０の中心線Ｈからハンプ２５の頂点の位置Ｙまでの長さを示し、「Ｊ」は、基板２０の中心線Ｈからハンプ２５の開始点の位置Ｚまでの長さを示し、「Ｋ」は、基板２０の中心線Ｈからハンプ２５の終点の位置Ｗまでの長さを示す。
【００３６】
本発明の塗膜形成方法により基板上に形成された塗膜は、目的に応じて常法に従い所定の処理を施すことができる。例えば、塗膜がレジスト組成物から形成された塗膜である場合、前記塗膜を選択的に露光し、その後現像することによりレジストパターンを作製することができる。本発明の塗膜形成方法により形成された塗膜は、前述のとおり、ハンプのない、均一な厚みを有する塗膜であるので、本発明の塗膜形成方法により形成された塗膜を用いることにより、精度の高いレジストパターンを作製することができる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を実施例に基づいて更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
感光性樹脂組成物の調製
単量体として、ヒドロキシスチレン由来の構造５０モル％、およびアクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル由来の構造５０モル％からなるラジカル共重合体 ８０質量部、ｍ−クレゾール５０モル％／ｐ−クレゾール５０モル％のノボラック樹脂 ２０質量部、Ｎ−（トリフルオロメチルスルホニルオキシ）−１，８−ナフタレンジカルボイミド １質量部、およびジシクロヘキシルカルバミン酸ｔ−ブチル ０．２８質量部を、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート７５質量％および３−メトキシプロピオン酸メチル２５質量％からなる混合溶媒に、ＪＩＳ  Ｋ２２８３における静的粘度が１００ｍＰａ・ｓとなるよう均一に混合した。この混合液を、孔径１０μｍのカプセルフィルターで濾過して、感光性樹脂組成物を製造した。
【００３８】
［実施例１］
＜工程１＞
基板保持手段として、凹部である嵌挿部を有し、嵌挿部における基板との嵌合面にポリウレタン製のシーラントを有してなる基板保持治具を準備した。この基板保持治具は、図１に示す構造を有し、Ａ＝４インチ、Ｂ＝２５ｍｍ、Ｃ＝４インチ、Ｄ＝０．５ｍｍ、Ｅ＝１５０ｍｍ、Ｆ＝１ｍｍであった。
【００３９】
＜工程２＞
４インチのシリコン基板を前記基板保持治具の凹部に嵌め込み、嵌め込み基板を作製した。このとき、シリコン基板の上面と基板保持治具の上面とは実質的に一平面を形成していた。つまり、嵌め込み基板の上面は実質的に平面であった。
【００４０】
＜工程３＞
工程３はハンプが形成されやすい条件で行った。
嵌め込み基板の上面の中心部に、前記感光性樹脂組成物を２ｃｃ載置し、１０００ｒｐｍで３０秒間、嵌め込み基板の裏面周縁部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート７５質量％および３−メトキシプロピオン酸メチル２５質量％からなる混合溶媒で洗浄しながらスピンコートし、嵌め込み基板の上面全体に塗膜を形成した。
【００４１】
＜工程４＞
スピンコート後、基板保持治具からシリコン基板を取り外した。
次いで、シリコン基板を１１０℃で１０分間加熱し、塗膜を硬化させた。シリコン基板の中心線上の塗膜の厚みが測定できるように、塗膜を一部削り取り、図３に示すＧ、Ｈ、Ｉ、ＪおよびＫを測定した。測定結果を表１に示す。なお、Ｇ〜Ｋは触針式膜厚系（装置名「Ａｌｐｈａ  Ｓｔｅｐ  Ｄ−ＩＱ」、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）で測定した。
【００４２】
［比較例１］
実施例１で用いたシリコン基板の上面の中心部に前記感光性樹脂組成物を２ｃｃ載置し、１０００ｒｐｍで３０秒間、シリコン基板の裏面周縁部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート７５質量％および３−メトキシプロピオン酸メチル２５質量％からなる混合溶媒で洗浄しながら、スピンコートし、シリコン基板の上面全体に塗膜を形成した。
【００４３】
次いで、シリコン基板を１１０℃で１０分間加熱し、塗膜を硬化させた。シリコン基板の中心線上の塗膜の厚みが測定できるように、塗膜を一部削り取り、図３に示すＧ、Ｈ、Ｉ、ＪおよびＫを、実施例１と同様の方法で測定した。測定結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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