(57)【要約】【課題】粘度の高い材料でも、塗布後の不均一な膜厚分布をレベリングする方法と装置の提供。【解決手段】溶剤蒸気雰囲気中で基板上に塗布された材料を加熱するレベリング方法溶剤蒸気の発生手段、基板の水平保持手段、基板を外気から遮断する外容器、基板上に塗布された材料の加熱手段を有するレベリング装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板上に溶剤を含む有機または無機材料を塗布する工程と、該被処理基板上の塗布膜をレベリングする工程と、該塗布膜中の溶剤を乾燥する工程により成膜する方法であって、該レベリング工程は該溶剤の蒸気雰囲気下で、該塗布材料を加熱して行うことを特徴とする塗布膜レベリング方法。
【請求項２】
被処理基板上に溶剤を含む有機または無機材料を塗布した後、該基板上の塗布膜をレベリングする装置において、該溶剤の蒸気の発生手段と、該被処理基板を水平状態で保持する保持手段と、該被処理基板を外気から遮断する外容器と、該被処理基板上に塗布された材料を加熱する手段を有することを特徴とする塗布膜レベリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイや半導体デバイス等の電子デバイスの製造過程において、溶剤を含む有機または無機材料を塗布した後、該塗布膜をレベリングする方法、および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
塗布膜の形成方法は、スピンコート、スプレーコート、ディッピング、ダイレクトコート等により、ガラス基板やシリコンウエハー上に溶剤を含む有機または無機材料を塗布した後、この液膜中に含まれる溶剤を熱風循環炉（オーブン）、加熱プレート（ホットプレート）、赤外線による方法等により加熱乾燥し所望の膜を形成する工程が多く用いられる。
【０００３】
これらの塗布膜の形成は、平滑なガラス基板やシリコンウエハー上に形成されることもあれば、配線パターンやカラーフィルターパターンなどのように段差を有する基板上に形成される場合もある。いずれにしても塗布膜に要求される機能、例えば絶縁膜としての機能、液晶配向膜としての機能、レジスト材料のような型形成材料としての機能などを安定して発現する塗布膜を得るためには、塗布膜は平滑にレベリングされていることが重要である。
【０００４】
塗布膜は平滑にレベリングされていることが求められるが、塗布方法や該溶剤を含む有機または無機材料や被処理基板の状態によってはそれが困難になる場合がある。
【０００５】
例えば、スピンコート法においては、回転により発生する風で材料は乾燥しながら拡がっていくため、回転中心から半径方向への膜厚むらが発生しやすい問題がある。この対策として、スピンコートを溶剤蒸気雰囲気下で行うことで、コート過程での材料の乾燥を防止して膜厚の均一化を図るものが公知である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また例えば、スピンコート法に替わる新しいコート法として、図２（ａ），（ｂ）に示すように、被処理基板２１上でノズル２２を縦横に相対移動または走査させながらノズルより溶剤を含む有機または無機材料２３を吐出し基板上にコートする方法（ダイレクトコート法）が近年提案されている。塗布材料をノズルの隙間からカーテン状に基板上に塗布していく図２（ｂ）の場合では、被処理基板上に配線パターン等の段差が形成されていると、その段差の凸部と凹部でレベリング不良が発生する。一般には溶剤を含む有機または無機材料は、ある程度の粘度を有しているため、凸部上の液は凹部に流動しレベリングされる。このレベリング性をより促進し、短時間で達成することで工程の時間短縮を図る必要がある。材料物性から見た場合、液の粘度が低く流動性が大きいほど容易にレベリングされるが、粘度が高く流動性が乏しい場合、レベリングに要する時間が非常に長くなり、製造工程として非現実的になるという問題が発生する。この対策の従来例として、ダイレクトコートの塗布工程でレベリング性向上の対策を行っており、ノズルヘッドと凹凸形状を有する被処理基板を積載したステージの相対速度を可変する、より詳しくは、被処理基板の凹部では該相対速度を減速制御し、凸部では加速制御することによって、凹凸形状に対応した液量を基板上に塗布することで凹凸形状をレベリングするものが公知である（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
また、塗布後にレベリング工程を設ける手法が提案されている。例えば図２（ａ）のようなダイレクトコート法では、被処理基板２１（ａ）の端から端まで膜厚の均一な塗布膜を得るにはノズル２２（ａ）から吐出される線状の液２３（ａ）が連続的につながり、そのつなぎ目が分からなくなるようにレベリングされる必要がある。このレベリングに関して、塗布された基板を高圧気体の雰囲気下において、気体の圧力によりレベリングする方法が公知である（例えば、特許文献３参照。）。
【０００８】
また、溶剤が充満した雰囲気内に基板を放置することによってレベリングする方法が公開されている。この場合、基板上に塗布された材料の乾燥を抑制することができ、材料の粘度が低い場合はその流動が速やかであるために効果がある（例えば、特許文献４参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６１−５６１４１号公報
【特許文献２】
特許第３２５４９８７号公報
【特許文献３】
特開２００２−１６４２７２号公報
【特許文献４】
特開２００１−３０５５４４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６１−５６１４１号公報の場合は、スピンコート機構と溶剤蒸気発生機構を両立しなければならず、装置の大型化や、制御の複雑化が問題になる。
【００１１】
また、特許第３２５４９８７号公報の方法では、ストライプ上の凹凸パターンに対しては効果を発揮するが、より複雑な凹凸パターンでは対応できない問題がある。
【００１２】
このように、被処理基板上に溶剤を含む有機または無機材料を塗布しレベリングする工程は、現状大いに問題となっており、上記公知例では塗布工程でその対策を行うものである。しかしながら塗布工程で対策する場合、装置の大型化や制御の複雑化、さらに基板上に形成されたパターンによってはその効果を発揮できないといった問題がある。
【００１３】
また特開２００２−１６４２７２号公報、特開２００１−３０５５４４号公報では、粘度が高いとその流動性は損なわれ、工業的な観点からは非現実的な時間がレベリングするために必要となる。
【００１４】
従って本発明は、上記のような状態に鑑みてなされたもので、材料の粘度が高くても、また、被処理基板上に溶剤を含む有機または無機材料を塗布した後、被処理基板上に塗布された材料の膜厚が不均一であっても、被処理基板上に平滑にレベリングされた塗布膜を、速やかに形成する塗布膜レベリング方法、および装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【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、本発明の塗布膜レベリング方法は、被処理基板上に溶剤を含む有機または無機材料を塗布する工程と、該被処理基板上の塗布膜をレベリングする工程と、該溶剤を乾燥する工程により成膜する方法であって、該レベリング工程は該溶剤の蒸気雰囲気下で該塗布材料を加熱することにより行うことを特徴とするものである。また該レベリング方法は、被処理基板上に溶剤を含む有機または無機材料を塗布した後、該基板上の塗布膜をレベリングする装置であって、該溶剤の蒸気の発生手段と該被処理基板を水平状態で保持する保持手段と、該被処理基板を外気から遮断する外容器と、該被処理基板上に塗布された材料を加熱する手段を有することを特徴とする塗布膜レベリング装置で実現できるものである。
【００１６】
該溶剤の蒸気の発生手段は、溶剤を加熱することで揮発を促進し、発生させてもよいし、容器に溜められた溶剤中で乾燥した窒素などのガスをバブリングして発生させてもよい。溶剤の加熱手段は溶剤を入れた容器をホットプレート上に載せて加熱したり、輻射熱を利用して溶剤を直接加熱してもよい。
【００１７】
該被処理基板を水平状態で保持する保持手段は、リフトピンで保持したり、アルミニウム、ステンレスなどの金属プレートやフッ素樹脂などのプラスチックプレート上に保持することができ、被処理基板の固定のために真空吸着することもできる。
【００１８】
該被処理基板を外気から遮断する外容器は、容器内外の気体の出入りが容易でない程度に気密性を保つものであり、溶剤蒸気で汚染、腐食するものでなければ特に限定されるものではないが、少ない蒸気の発生量でも容器内を溶剤蒸気で充満させるためには、その内容積は小さいほうが好ましい。
【００１９】
被処理基板の加熱方法としては、上記プレート中にカートリッジヒーター、セラミックヒーターを埋め込みホットプレートとして加熱してもよく、赤外線による加熱でもよく、輻射熱による加熱方式のオーブンに、被処理基板と溶剤を充填した容器を入れて、両者を同時に加熱することもできる。
【００２０】
以上、本発明を整理して要約すれば以下の構成に集約できる。
【００２１】
（１）被処理基板上に溶剤を含む有機または無機材料を塗布する工程と、該被処理基板上の塗布膜をレベリングする工程と、該塗布膜中の溶剤を乾燥する工程により成膜する方法であって、該レベリング工程は該溶剤の蒸気雰囲気下で、該塗布材料を加熱して行うことを特徴とする塗布膜レベリング方法。
【００２２】
（２）被処理基板上に溶剤を含む有機または無機材料を塗布した後、該基板上の塗布膜をレベリングする装置において、該溶剤の蒸気の発生手段と、該被処理基板を水平状態で保持する保持手段と、該被処理基板を外気から遮断する外容器と、該被処理基板上に塗布された材料を加熱する手段を有することを特徴とする塗布膜レベリング装置。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
本発明は、スピンコート、スプレーコート、ディッピング、ダイレクトコート等で被処理基板上に塗布された溶剤を含む有機または無機材料を、該溶剤蒸気雰囲気下に暴露し加熱することでレベリングを促進する塗布膜レベリング装置に関するものである。
【００２５】
該塗布膜レベリング装置の使用手順としては、例えば、図３のフローチャートで実施される。該フローチャートを図１の塗布膜レベリング装置で実行する場合、まずスピンコート、スプレーコート、ディッピング、ダイレクトコート等で溶剤を含む有機または無機材料を塗布する。その後、搬送ロボットで塗布膜レベリング装置上に被処理基板１４を搬送し、リフトピン１１上に移載する。移載した被処理基板１４を、リフトピン１１を下降して外容器１２内に搬入し、アルミニウム等の金属プレート１５に保持する。その後、外容器１２の蓋１３を閉めて被処理基板１４を密閉空間に封入し、その空間を溶剤蒸気で満たす。こうすることで、塗布膜中の溶剤の揮発を抑制でき、粘度の増加を抑えられる。溶剤蒸気で満たす手段としては、溶剤（図示せず）を入れた容器１７を加熱槽１８に入れ加熱することで溶剤蒸気を発生させる。次に、被処理基板１４を保持した金属プレート１５内に埋め込まれたカートリッジヒーター（図示せず）に通電して金属プレート１５を加熱し、基板１４を介して材料１６を加熱する。こうすることで、塗布材料１６が加熱され、粘度が低下して、凸部の液が凹部に流動する。この状態で所定時間放置したのち塗布膜レベリング装置の蓋１３を開放し、次工程へと被処理基板１４を搬出する。
【００２６】
ここで、溶剤を含む有機または無機材料１６は、溶剤を乾燥後に膜を形成するものであれば特に限定されるものではないが、材料１６の流動性が乏しい粘度の大きな材料に関して本発明は効果が大きい。
【００２７】
基板１４の加熱方法としては、図４に示す被処理基板の上方に設置した赤外線ヒーター４７に通電し、直接材料４６を加熱する方法もある。また、図１のホットプレート方式と図４の赤外線方式を併用してもよい。
【００２８】
溶剤蒸気の発生方法としては、図４に示す乾燥した窒素などのガスをバブリングして発生させることもできる。一般に、溶剤蒸気は酸素や窒素より重いため該密閉された空間の底辺にたまりやすいため、被処理基板の保持部は該密閉空間の底辺部にあることが望ましい。
【００２９】
（実施例）
塗布液として不揮発成分５８ｗｔ％を含む溶液（主たる不揮発成分はエポキシ樹脂、溶剤はキシレン、粘度１００ｍＰａ・ｓ）を、高さ１４μｍ、幅１００μｍの凸形状のストライプパターンが、１ｍｍピッチで形成された厚さ０．６２５ｍｍの６インチのＳｉ基板上に、図２（ｂ）のダイレクトコータを用いて塗布した。この時の塗布量は段差のない基板上で乾燥後の厚さが１７μｍになる量を塗布した。
【００３０】
次に、図１の形態のレベリング装置に上記被処理基板１４を搬入、ホットプレート上に保持し、装置の蓋１３を閉めて密閉状態にした後に、キシレンが溜めてある容器を収納している加熱槽１８を５０℃に加熱し、キシレン蒸気を発生させ装置内に蒸気を充満させた。その状態で、基板１４を保持しているホットプレートの温度を、５０℃にセットした条件で１０分放置した。その後装置内から取り出した。
【００３１】
その後乾燥工程として、真空チャンバー内のホットプレートを８５℃に加熱し、プロキシピンを０．２ｍｍにして基板１４をピンに乗せて６．５ｋＰａの真空下で６．５分間乾燥した。
【００３２】
乾燥後はＳｉ基板上に形成されたストライプパターンに対応した膜厚分布になっており、凸部が凹部より厚くなっていた。Ｓｉ基板表面から膜表面までを膜厚として、（凸部膜厚−凹部膜厚）／平均膜厚を算出したところ、３％であった。
【００３３】
（比較例１）
実施例と同様にダイレクトコータによって基板に塗布した後、レベリング装置に入れレベリング処理することなく実施例１と同じ条件で乾燥した。
【００３４】
乾燥後はＳｉ基板上に形成されたストライプパターンに対応した膜厚分布になっており凸部が凹部より厚くなっていた。Ｓｉ基板表面から膜表面までを膜厚として、（凸部膜厚−凹部膜厚）／平均膜厚を算出したところ１１％であった。
【００３５】
（比較例２）
実施例と同様にダイレクトコータによって基板に塗布した後、図１の形態のレベリング装置に上記被処理基板を搬入、ホットプレート上に保持し、装置の蓋を閉めて密閉状態にした後に、キシレンが溜めてある容器を載せているホットプレートを、５０℃に加熱しキシレン蒸気を発生させ、装置内に蒸気を充満させた。その状態で基板上の材料は加熱せずに１０分放置し、その後装置内から取り出した。
【００３６】
その後乾燥工程として、真空チャンバー内のホットプレートを８５℃に加熱し、プロキシピンを０．２ｍｍにして基板をピンに乗せて６．５ｋＰａの真空下で６．５分間乾燥した。
【００３７】
乾燥後はＳｉ基板上に形成されたストライプパターンに対応した膜厚分布になっており凸部が凹部より厚くなっていた。Ｓｉ基板表面から膜表面までを膜厚として、（凸部膜厚−凹部膜厚）／平均膜厚を算出したところ１０％であった。
【００３８】
【発明の効果】
上記のように構成された本発明の塗布膜レベリング方法、およびレベリング装置によれば、被処理基板上に溶剤を含む有機または無機材料を塗布した後、溶剤蒸気に暴露し、かつ加熱することで、被処理基板に塗布された材料の粘度を低下し材料の流動性を高めることができるので、基板上に材料を塗布した時に膜厚が不均一であっても、被処理基板上に速やかに平滑にレベリングされた塗布膜を形成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の塗布膜レベリング装置の略断面図
【図２】（ａ），（ｂ）  本発明で効果を発揮する塗布方法の略斜視図
【図３】本発明の塗布膜レベリング装置を使用手順を示すフローチャート
【図４】本発明の塗布膜レベリング装置の略断面図
【符号の説明】
１１、４１  リフトピン
１２、４２  外容器
１３、４３  蓋
１４、４４  被処理基板
１５、４５  金属プレート
１６、４６  溶剤を含む有機または無機材料
１７  溶剤を入れた容器
１８  加熱槽
４７  赤外線ヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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