(57)【要約】【目的】ワークとステージ掘り込み部に形成された隙間の影響で引き起こされる膜厚不良を抑制し、非矩形ワークにおいても均一な塗布を可能とする塗布方法を提供すること。【構成】少なくとも２枚のブレードにより形成されたスリットを有する押し出し型（ダイ）を備え、ワークの形状にステージを加工し前記ステージにワークを落とし込みワークとステージをほぼ同一面としたステージに対し、前記スリットから塗布液を押し出し、それと同時にダイ若しくはステージを平行移動させて前記ワーク上に液膜を形成する塗布方法において、落とし込んだ部分の内壁を塗布液との接触角が５０°以上となるような表面処理を施したステージを用いて塗布を行う。【選択図】      図１
2005000717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２枚のブレードにより形成されたスリットを有する押し出し型（ダイ）を備え、ワークの形状にステージを加工し前記ステージにワークを落とし込みワークとステージをほぼ同一面としたステージに対し、前記スリットから塗布液を押し出し、それと同時にダイ若しくはステージを平行移動させて前記ワーク上に液膜を形成する塗布方法において、
落とし込んだ部分の内壁を塗布液との接触角が５０°以上となるような表面処理を施したステージを用いて塗布を行うことを特徴とする塗布方法。
【請求項２】
前記ステージにおける前記ワークと同一高さとなる非掘り込み面に塗布液との接触角が３０°以下となるような表面処理を施したステージを用いて塗布を行うことを特徴とする請求項１記載の塗布方法。
【請求項３】
前記ダイの塗布液を吐出する吐出口の幅をワークの幅より片側５ｍｍ以上長くし、前記ワークより大きな領域を塗布することを特徴とする請求項１又は２記載の塗布方法。
【請求項４】
前記ステージ上に塗布液を着液し、前記ダイと前記ステージを連結する塗布液でメニスカスを形成し、前記メニスカスを維持しながら前記ダイと前記ステージを相対的に移動し液膜を形成する塗布方法において、
前記塗布液を着液し、前記メニスカスを形成する前記ステージ上の領域を前記塗布液との接触角を３０°以下とするステージを用いて塗布を行うことを特徴とする塗布方法。
【請求項５】
前記ステージ上の塗布領域での前記塗布液との接触角を３０°以下、塗布領域外での前記塗布液との接触角を５０°以下となるような表面処理を施したステージを用いて塗布を行うことを特徴とする請求項４記載の塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デバイス製造におけるダイコータによる液膜形成時の安定したビード形成を行う塗布方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体やフラットパネルディスプレイといったデバイスの製造を行う場合、レジストに代表される感光性材料やポリイミド等が使用される絶縁膜等をはじめとして様々な液膜を形成するプロセスが頻繁に行われる。
【０００３】
近年、材料利用率が高いことやスループットが速いこと等から押し出し型（ダイ）を用いた塗布方法が注目を集め、既に実用化が始まっている。特許文献１，２に押し出し型（ダイ）を用いた塗布方法が記載されている。
【０００４】
この塗布方法は、液吐出部であるダイに、少なくとも２枚のブレードを用いて数１０μｍから数１００μｍのギャップで精密に制御されたスリットを有し、ここからコーティング材料をガラス基板等のワークに押し出し塗布するものである。
【０００５】
このとき、ダイ尖端を基板に近づけ、ダイ尖端と基板は数１０μｍ〜数１００μｍの隙間で精密に制御され、前記スリットからコーティング材料を押し出しダイ尖端と基板間にコーティング材料の液層を形成し、ダイ若しくは基板を平行移動させることによって基板上に液膜を形成するものである。このとき形成するメニスカスは、少なくともほぼスリット幅方向に均一な体積を維持し、塗布を行わなければ均一な膜を形成することはできない。仮にメニスカスの体積が不均一となると、体積変化に比例して膜厚の薄い部分と厚い部分が発生し、場合によっては筋ムラを発生し、膜厚分布不良を引き起こす原因となる。そのため、ダイヘッドのスリットノズル部は高精度な平面に仕上げ、均一塗布を可能としている。
【０００６】
その結果、スピンコート等の他の塗布方法に比べてコーティング材料の殆どを基板に供給することができ、無駄が少なく、ダイの下を基板が通過するだけで塗膜が可能なことから、スループットが非常に良く、均一な膜を得ることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２６９６１０号公報
【特許文献２】
特開２００２−５９０６０号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ダイコート法では、特開２００２−０５５２２０号公報において言及されている通り、矩形状に塗布されるため、ＦＰＤパネル等で用いられる矩形のワークに対する塗布には適しているが、シリコンウエハの円形に代表される矩形ではないワークに対しては液吐出用ダイヘッドの構造上、ワークに対してのみの液塗布が困難である。
【０００８】
そのため、ウエハ等の非矩形ワークへの塗布ではワークのみでなく、塗布ステージにワークと同様な形状の掘り込みを作り、そこにワークを落とし込んでステージごと塗布し、その後、ステージ上に付着した余分な塗布液は除去する。この塗布ステージの掘り込み部は、寸法公差内のワーク全てを落とし込むためには、ワークの寸法公差以上の寸法で製作しなければならない。前記ステージを用いて塗布すると、ワークとステージ掘り込み部に発生する隙間にメニスカスを形成する塗布液が流れ込み、均一なメニスカスが維持できなくなり、ワーク端周辺において膜厚が薄くなり、場合によってはワーク全面において膜厚不良を引き起こす。
【０００９】
又、前記メニスカスはワーク、ステージ、スリットノズルの寸法公差の問題があり、現実にはワークの幅より大きくしないと塗布できないため、通常ワークよりスリットノズルの吐出幅はワーク幅より広い。
【００１０】
しかし、ステージとワークで縁切りされているため、ステージとダイヘッドのリップ部で形成されるメニスカスがワークより片側１ｍｍ程度しか大きくないと、表面張力と毛管現象により本来ステージに着液すべき塗布液が全てワーク状に吸い上げられ、ワークエッジ部において局部的に膜厚が厚くなる領域が発生してしまう。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、ワークとステージ掘り込み部に形成された隙間の影響で引き起こされる膜厚不良を抑制し、非矩形ワークにおいても均一な塗布を可能とする塗布方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、少なくとも２枚のブレードにより形成されたスリットを有する押し出し型（ダイ）を備え、ワークの形状にステージを加工し前記ステージにワークを落とし込みワークとステージをほぼ同一面としたステージに対し、前記スリットから塗布液を押し出し、それと同時にダイ若しくはステージを平行移動させて前記ワーク上に液膜を形成する塗布方法において、落とし込んだ部分の内壁を塗布液との接触角が５０°以上となるような表面処理を施したステージを用いて塗布を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ステージにおける前記ワークと同一高さとなる非掘り込み面に塗布液との接触角が３０°以下となるような表面処理を施したステージを用いて塗布を行うことを特徴とする。
【００１４】
従って、請求項１又は２記載の発明によれば、塗布ステージの内壁に塗布液との接触角が５０°以上となるように表面処理を施すことによって、撥水効果によりステージとワークとの間にできる隙間に塗布液で形成されたメニスカスが流れ込むことを抑制することできる。更に、ステージ表面を塗布液との接触角が３０°以下になるように表面処理を施すと、親水効果によりステージ表面に塗布液が留まり易くなり、前記隙間にメニスカスを形成する薬液が流れ込むことを抑制できることが本発明者等の研究により明らかとなった。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ダイの塗布液を吐出する吐出口の幅をワークの幅より片側５ｍｍ以上長くし、前記ワークより大きな領域を塗布することを特徴とする。
【００１６】
従って、請求項３記載の発明によれば、塗布液を吐出するスリットノズルの吐出口の幅をワークより片側５ｍｍ以上長くすると、毛管現象等によるメニスカスのワークの乗り上げを防止し、ワーク端でも均一なメニスカスを維持することが可能となり、請求項２，５記載の方法と組み合わせると、更にその効果を促進させることが本発明者等の研究によって明らかとなった。
【００１７】
請求項４記載の発明は、前記ステージ上に塗布液を着液し、前記ダイと前記ステージを連結する塗布液でメニスカスを形成し、前記メニスカスを維持しながら前記ダイと前記ステージを相対的に移動し液膜を形成する塗布方法において、前記塗布液を着液し、前記メニスカスを形成する前記ステージ上の領域を前記塗布液との接触角を３０°以下とするステージを用いて塗布を行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記ステージ上の塗布領域での前記塗布液との接触角を３０°以下、塗布領域外での前記塗布液との接触角を５０°以下となるような表面処理を施したステージを用いて塗布を行うことを特徴とする。
【００１９】
従って、請求項４又は５記載の発明によれば、塗布開始時のスリットノズルのリップ部と塗布ステージの間に塗布液のメニスカス形成する場合、前記ノズルリップ部から吐出された塗布液が着液するステージ領域を塗布液との接触角が３０°以下となるように表面処理を施すと、リップ部とステージ間のメニスカス形成が促進され、短時間で均一な初期ビードを形成することが可能となり、筋ムラ等の不良を防止可能となる。
【００２０】
更に、ステージ上の塗布領域と塗布液との接触角を３０°以下となるような表面処理を施し、塗布領域外を塗布液との接触角が５０°以上となるように表面処理を施すと、取る領域内全域でスジムラを防止し、必要以上に塗布幅方向に塗布液が流れ出さないため、前記メニスカスを均一に維持することが可能となり、ワークを含めた塗布領域で均一な膜を形成することが可能となることが本発明者等の研究により明らかとなった。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の特徴を模式的に示す図、図２は本発明の特徴を模式的に示す図、図３は本発明の特徴と従来技術との比較を模式的に示す図である。
【００２３】
図中の構成となる材料及び装置を用いて、６インチウェハにＣｕｒｅ後、厚さ０．５μｍの撥水膜を形成するため、撥水膜材料の固形分濃度を７％とし、粘度３〜５ｃｐ程度の撥水液の塗布を行う場合について以下に記す。
【００２４】
上記特徴を持つ塗布装置では、先ず、図１に示したようにウエハ６と同形状に掘り込まれたステージ１にウエハ６を落とし込む。このとき、掘り込み深さはウエハ厚さ０．６２５ｍｍとし、ステージつら位置とウエハつら位置が同一平面となるようにする。ウエハ６をステージ１に落とし込んだときにできる隙間は半径方向で２００μｍである。塗布幅はステージ１に掘り込まれた掘り込み径より片側５ｍｍ広い。
【００２５】
通常、この状態で塗布を行うと、図３に示したようにステージ１とウエハ６の間にできた隙間にメニスカスを形成している塗布液５が流れ込み、ウエハエッジ付近でのメニスカス体積を小さくしてしまい、塗布不良を引き起こす。
【００２６】
ここで、本発明によるステージ１はウエハ内壁２とステージ面４の表面処理面にアモルファスフッ素樹脂サイトップ（旭硝子株式会社）を２μｍの厚さで形成されている。このときのアモルファスフッ素樹脂と撥水膜材料との接触角は５２．８°である。
【００２７】
図２中の加圧ユニット（図略）により加圧された塗布材料５は、スリットノズル７より押し出され、ウエハ６とステージ１がつら位置のため、均一平面の基板上に塗布するようにステージ１とスリットノズル７の間に塗布液のメニスカスを形成し、相対的にノズル７を移動させることでステージ１とウエハ６上に同時に液膜を形成する。押し出された塗布材料５は、表面処理を施した面２の影響でステージ１とウエハ６の間にできた隙間に流れ込みを抑制しながらステージ１及びウエハ６に供給される。
【００２８】
この結果、ステージ１とウエハ６の間に流れ込み、ウエハ６の裏面に付着する塗布液を１／５にすることが可能となり、ウエハエッジ周辺の膜厚分布が局部的に薄くなることが防止され、平均膜厚０．５μｍのときにウエハエッジ部における膜厚が０．４μｍ以上の厚さで塗布することが可能となった。
【００２９】
このステージ１に請求項２で示すように表面処理を施す。具体的にはステージ３の表面処理に親水性クリーンＳ（昭和電工）を施されている。表面処理面３と撥水膜材料のの接触角は２８．  ３°である。すると、その効果は更に大きくなり、図５に示すような平均膜厚０．５５μｍの膜においてレンジで０．０５μｍの均一な膜を形成することが可能となった。
【００３０】
この結果、塗布中のメニスカスの流れ込みを防止し、ウエハ全面で均一な膜の形成が可能となった。
【００３１】
［比較例１］
図４は本発明に対する比較例の特徴を模式的に表した図である。
【００３２】
図中の構成となる材料及び装置において、ステージをＳＵＳの無垢材を使用した場合、撥水膜材料との接触角が３８°であった。６インチウエハにＣｕｒｅ後、厚さ０．５μｍの撥水膜を形成するため、撥水膜材料の固形分濃度を７％とし、粘度３〜５ｃｐ程度の撥水液の塗布を行う場合について以下に記す。
【００３３】
上記特徴を持つ塗布装置では、先ず、ウエハ６と同形状に掘り込まれたステージ１にウエハ６を落とし込む。このとき、掘り込み深さはウエハ厚さ０．６２５ｍｍとし、ステージつら位置とウエハつら位置が同一平面となるようにする。塗布幅はステージ１に掘り込まれた掘り込み径より片側５ｍｍ広い。
【００３４】
通常、この状態で塗布を行うと、図３に示したようにステージ１０とウエハ６の間にできた隙間にメニスカスを形成している塗布液が流れ込み、ウエハエッジ付近でのメニスカス体積が不均一となる。そのため、図６に示すようにウエハ中心からエッジに向かって約０．５μｍのドライ膜厚に対し、０．１５〜０．２μｍの傾斜を形成してなだらかに減少していき、ウエハエッジ部膜厚が０．３〜０．３５μｍ程度と非常に薄くる問題を抱えている。
【００３５】
この結果、塗布中のメニスカスの流れ込みを防止し、ウエハ全面で均一な膜の形成することが不可能であった。
【００３６】
［比較例２］
図７は本発明の特徴を模式的に表した図である。
【００３７】
図中の構成となる材料及び装置を用いて、６インチウエハにＣｕｒｅ後、厚さ０．５μｍの撥水膜を形成するため、撥水膜材料の固形分濃度を７％とし、粘度３〜５ｃｐ程度の撥水液の塗布を行う場合について以下に記す。
【００３８】
上記特徴を持つ塗布装置では、先ず、図７に示したようにウエハ６と同形状に掘り込まれたステージ１０にウエハ６を落とし込む。このときの掘り込み深さはウェハ厚さ０．６２５ｍｍとし、ステージつら位置とウエハつら位置が同一平面となるようにする。ウエハ６をステージ１に落とし込んだときにできる隙間は半径方向で２００μｍである。
【００３９】
塗布幅をステージ１０の掘り込み径より片側３．５ｍｍ広くすると、図６中の加圧ユニット（図略）により加圧された塗布材料５はスリットノズル７より押し出され、ウエハ６とステージ１０がつら位置のため、均一平面の基板上に塗布するようにステージ１とスリットノズル７の間に塗布液のメニスカスを形成し、相対的にノズル７を移動させることでステージ１とウェハ６上に同時に液膜を形成する。このとき、塗布幅がステージ１０の掘り込み径より３．  ５ｍｍ大きいと、ノズル７とウエハ６との隙間に毛管現象により塗布液を吸い上げられ、押し出された塗布材料５は、ステージ１０とノズル７との間にメニスカスを維持できないで、ウエハ６のエッジ周辺に液溜りを作りながら塗布するため、ウエハエッジ周辺において局部的に膜厚が厚くなる領域が発生してしまった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る塗布方法によれば、
１．ステージとワークとの間にできた隙間に塗布液の流れ込みを防止し、塗布幅方向の膜厚を均一にすることが可能となる。
【００４１】
２．ステージとワークとの間にできた隙間により塗布中の縁切りされたメニスカスが毛管現象等によりステージ上からワーク上に吸い上げられ、膜厚増加を引き起こすことを防止し、ワーク端での膜厚を均一にすることが可能となる。
【００４２】
３．塗布開始時の初期ビード形成を促進し、筋ムラの無い塗布を可能とする。といった効果が得られる。このため、前記塗布ステージ及びダイヘッドを使用した塗布方法を用いると、矩形以外のワークに対する均一な膜形成が可能となり、安価で高品位なデバイスの大量生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特徴を模式的に表した図である。
【図２】本発明の特徴を模式的に表した図である。
【図３】本発明の特徴を模式的に表した図である。
【図４】本発明に対する比較例の特徴を模式的に表した図である。
【図５】本発明のステージを使用し塗布した場合の膜厚分布図である。
【図６】本発明に対する比較例のステージを使用し塗布した場合の膜厚分布図である。
【図７】本発明に対する比較例の特徴を模式的に表した図である。
【符号の説明】
１    ウェハと同一形状の掘り込みを具備したステージ
２    塗布液との接触角が５０°以上となるような表面処理を施されたステージ内壁面
３    塗布液との接触角が５０°以上となるような表面処理を施したステージ面
４    塗布液との接触角が３０°以下となるような表面処理を施したステージ面
５    ステージ及びウエハとスリットノズル間に形成された塗布液のメニスカスを形成している塗布液
６    ステージに落とし込まれたウエハ
７    スリットノズル
８    ウエハと同一形状の掘り込みを具備した表面処理を施していないステージ
９    ステージ及びウエハとスリットノズル間に形成された塗布液のメニスカス及び隙間に入り込んだ塗布液
１０  ＳＵＳ無垢のステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005000717.tif 000007
【図６】
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【図７】
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