JP6045357B2 - 薬液層の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、薬液層の形成方法および薬液層の形成装置に関する。

半導体の製造方法やインクジェットヘッドの製造方法において、基板上にレジスト層や樹脂層を形成するために回転式塗布装置が使用される。目的の膜厚、分布を有するレジスト層や樹脂層を得るために、基板上に塗布する薬液の粘度は調整されるが、薬液を回転塗布する際に装置の塗布カップ内に綿菓子状の薬液が発生する粘度を選択せざるを得ない場合がある。該綿菓子状の薬液が塗布カップ内に堆積すると、排気能力が下がる場合がある。また、綿菓子状の薬剤は塗布カップ内を浮遊するため、基板裏面に綿菓子状の薬剤が再付着する場合がある。

特許文献１には、綿菓子状の薬液を除去しやすいように塗布カップ内の構造物に溝を付けて除去液を流すことにより、綿菓子状の薬液を除去しやすくすることが開示されている。また、特許文献２には、外気導入路を追加して裏面部の排気に流れをつけることで、綿菓子状の薬液の付着を低減させることが開示されている。

特開平３−１７５６１７号公報 特開昭６２−２２５２６８号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の技術では、綿菓子状の薬液を十分に除去することはできない。一方、綿菓子状の薬液を除去する方法として、回転式塗布装置に付属されているサイドリンスノズルやバックリンスノズルを用いて液状の薬液除去溶剤を供給し、綿菓子状の薬液を除去することも考えられる。しかしながら、綿菓子状の薬液の十分な除去には多量の薬液除去溶剤を必要とする。

本発明は、少ない溶媒量で効率よく綿菓子状の薬液を除去しながら薬液層を形成することを目的とする。

本発明に係る薬液層の形成方法は、薬液を回転塗布することで基板表面に薬液層を形成する方法であって、薬液の回転塗布中に基板外部に排出される余剰の薬液が固形化し、綿菓子状の薬液が発生する領域に対して、前記薬液を除去する薬液除去溶剤を噴霧する。

本発明によれば、少ない溶媒量で効率よく綿菓子状の薬液を除去しながら薬液層を形成することができる。

本発明に係る方法で使用される装置の一例を示す断面図である。 従来の方法で使用される装置の一例を示す断面図である。 回転塗布の過程を示す断面図である。 綿菓子状の薬液の発生について説明する断面図である。

［薬液層の形成方法］
本発明に係る薬液層の形成方法は、薬液を回転塗布することで基板表面に薬液層を形成する方法であって、薬液の回転塗布中に基板外部に排出される余剰の薬液が固形化し、綿菓子状の薬液が発生するとき、該綿菓子状の薬液が発生する領域に対して薬液除去溶剤を噴霧する。

綿菓子状の薬液の発生過程を、図３を用いて説明する。一般的な回転塗布方法は、（Ａ）基板上に薬液を滴下する工程と、（Ｂ）基板表面に薬液を塗り拡げる工程と、（Ｃ）所望の膜厚と均一性を得る工程と、（Ｄ）基板端部を処理する工程とに分けられる。前記工程（Ｂ）及び（Ｃ）では、図３に示すように余剰の薬液が基板外に排出される。この時に薬液の蒸発が進み粘度が増加するとちぎれにくくなり、固形化して図４に示すように基板端部に糸状の薬液１３が発生する。この糸状の薬液１３が絡み合い綿菓子化することで綿菓子状の薬液が発生すると考えられる。綿菓子状の薬液は、高粘度の薬液を用いた場合に発生しやすい。したがって、薬液が基板外部に排出される時に、薬液中の溶剤の蒸発による粘度の上昇を防げば、綿菓子状の薬液の発生を抑制できると考えられる。

そこで、基板端部の領域へ溶剤を供給することが考えられる。通常回転塗布装置には、図２や図３（Ｄ）に示すように、サイドリンスノズル１４やバックリンスノズル１０が備えられている。薬剤が基板外へ排出されるタイミングで、前記ノズルにより基板端部に向けて液状の溶剤を供給することで、綿菓子状の薬液の発生を抑制することはできる。しかしながら、液状の溶剤をそのまま供給する場合、綿菓子状の薬液を十分に除去するには多量の溶媒を必要とする。

本発明に係る方法では、所望の膜厚、分布で塗布するために選択した薬液の回転塗布中に、基板外部に排出される余剰の薬液が固形化し、綿菓子状の薬液が発生するとき、該綿菓子状の薬液が発生する領域に対して薬液除去溶剤（以下、溶剤とも示す）を噴霧する。これにより、以下の効果が得られる。
（１）溶剤を液体のまま供給する場合と比較して、溶剤を霧化して供給する場合の方が綿菓子状の薬液に対し溶剤の接触面積が増えるため、綿菓子状の薬液の除去効率が高い。
（２）溶剤を霧化して供給することによって、塗布カップなどの基板外部の綿菓子状の薬液が発生する領域内の溶媒の濃度を上げ、薬液の固体化を防ぐことで綿菓子状の薬液の発生を抑える。

以下、本発明に係る方法の詳細を説明する。

本発明に係る方法では、基板表面に薬液を回転塗布する。基板としては特に限定されず、例えばシリコン基板を用いることができる。

本発明に係る方法を適用できる薬液としては、回転塗布中に基板外部に排出された際にその少なくとも一部が固形化し、綿菓子状の薬液を発生させるものであれば特に限定されない。薬液としては、例えばアクリル樹脂等と溶媒とを含む溶液又は懸濁液を用いることができる。該溶媒としては、例えばプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）等が挙げられる。市販品では、例えばＯＤＵＲ１０１０（商品名、東京応化工業（株）製）、ＰＭＥＲ−ＬＡ９００（商品名、東京応化工業（株）製）等を用いることができる。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を用いてもよい。上記綿菓子状の薬液は、薬液の粘度が０．２５Ｐａ・ｓ以上であると発生しやすい。また塗布のシーケンスで１０００回転を超えるシーケンスがある場合にも、発生しやすい。このようなとき、本発明の効果が特に十分に得られる。なお、薬液の粘度は回転粘度計により測定した値である。

本発明に係る方法では、薬液の回転塗布中に基板外部に排出される余剰の薬液が固形化し、綿菓子状の薬液が発生するとき、該綿菓子状の薬液が発生する領域に対して薬液除去溶剤を噴霧する。ここで噴霧とは、液体を気流又は超音波によりミスト化して対象物に対して吹きかけることを示す。液状の溶剤と比較してミスト状の溶剤は洗浄能力が高いため、本発明に係る方法では少量の溶剤で綿菓子状の薬液を効率的に除去することができる。また、ミスト状の溶剤を供給することにより、液状の溶剤を供給する方法より広い領域に少量で効率的に溶剤を供給することができる。

溶剤としては、使用する薬液の固形物を溶解できる溶剤であれば特に限定されない。例えばシクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）等が挙げられる。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。溶剤の沸点は、１００℃以上、１８０℃以下であることが好ましく、１２０℃以上、１６０℃以下がより好ましい。溶剤の沸点が１００℃以上であることにより、ミストとしての寿命が長くなり、綿菓子状の薬液の発生を十分に抑制することができる。また、溶剤の沸点が１８０℃以下であることにより、ミストとしての寿命が長すぎず、表面への再付着などを抑制することができる。なお、溶剤の沸点は文献値である。

溶剤を噴霧する方法としては、薬液除去溶剤噴霧機構を用いて噴霧する。その方法は、綿菓子状の薬液が発生する領域に対して溶剤を噴霧することができれば特に限定されない。しかしながら、溶剤と気体とを混合して微細なミストを吹き付ける２流体ノズルを用いて噴霧することが、装置コストの観点から好ましい。また、溶剤を超音波によりミスト化して吹き付ける超音波ノズルを用いて噴霧することが、静電気の観点から好ましい。

溶剤は、綿菓子状の薬液が発生する領域に対して噴霧するが、前述したように基板端部に糸状の薬液１３が発生し、これが絡み合うことで綿菓子状の薬液が発生すると考えられるため、少なくとも基板端部に対して薬液除去溶剤を噴霧することが好ましい。

溶剤の噴霧速度としては、綿菓子状の薬液の発生が十分に抑制されれば特に限定されない。

形成される薬液層の膜厚は特に限定されないが、例えば１μｍ以上、１００μｍ以下とすることができる。

本発明に係る方法により形成される薬液層は、液体吐出ヘッドの製造方法において用いるレジスト層、型材等として利用することができる。

［薬液層の形成装置］
本発明に係る薬液層の形成装置は、薬液を回転塗布することで基板表面に薬液層を形成する薬液層の形成装置であって、基板回転機構と、基板表面に薬液を塗布する薬液塗布機構と、薬液の回転塗布中に基板外部に排出される余剰の薬液が固形化し、綿菓子状の薬液が発生するとき、該綿菓子状の薬液が発生する領域に対して薬液除去溶剤を噴霧可能な薬液除去溶剤噴霧機構と、を備える。

本発明に係る薬液層の形成装置の一例を図１に示す。図１に示される装置は、モーター（不図示）と、モーター上部に設置された基板１を設置するためのチャック２とを備える基板回転機構を備える。また、基板１上から薬液を滴下して基板１表面に薬液を塗布する薬液塗布機構（不図示）を備える。また、綿菓子状の薬液が発生する領域に対して薬液除去溶剤を噴霧可能な噴霧機３を備える。なお、本発明に係る薬液層の形成装置は、薬液除去溶剤噴霧機構を１つ備えてもよく、複数備えてもよい。

チャック２に配置された基板１を基板回転機構により回転させながら、基板１の表面上に薬液塗布機構により薬液を滴下する。モーターの回転により薬液が基板１上に塗り拡げられると同時に、噴霧機３によりミスト状の溶剤４が基板１端部に対して噴霧される。これにより、余剰の薬液が固形化することで基板１の端部に発生した糸状の薬液が、塗布カップであるアッパーカップ５及びアンダーカップ６内の気流によって絡み合って綿菓子化した綿菓子状の薬液は、十分に溶解除去される。綿菓子状の薬液を溶解したミスト状の溶剤４は、アッパーカップ５、アンダーカップ６及び整流板７により形成される空間を通過して排気口８又は廃液口９より外部に排出される。

［液体吐出ヘッドの製造方法］
本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、本発明に係る薬液層の形成方法によりレジスト層を形成する。本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、公知のフォトレジスト工程により実施することができ、レジスト層の形成を本発明に係る薬液層の形成方法により行う。

（実施例１）
薬液としてＯＤＵＲ１０１０（商品名、東京応化工業（株）製）を用い、図１に示す装置を用いて基板１上に１０μｍの厚みの薬液層を形成した。本実施例における図１に示す装置は、噴霧機３としてスプレーイングシステム製の２流体ノズルを備える。ＯＤＵＲ１０１０は紫外線に感度を持つポジ型のレジストであり、粘度は６．５Ｐａ・ｓ（６５００ｃＰ）である。ＯＤＵＲ１０１０を用いて回転塗布により１０μｍの厚みの薬液層を形成しようとする場合、余剰なＯＤＵＲ１０１０が基板外部に排出される際にちぎれにくく、固形化して、綿菓子状のＯＤＵＲ１０１０が塗布カップ内に発生する。そこで、本実施例では以下の方法により薬液層を形成した。

基板１をチャック２に設置し、基板１を回転させながら、基板１の上部よりＯＤＵＲ１０１０を滴下した。この時、綿菓子状のＯＤＵＲ１０１０の発生を防ぐため、図１に示すように、基板１裏面に配置された２流体ノズルからミスト状の溶剤４を基板１端部に向けて噴霧した。溶剤にはＯＮＮＲ−２０シンナー（商品名、東京応化工業（株）製、シクロヘキサノン、沸点：１５６℃）を用いた。これにより、ＯＤＵＲ１０１０の固形化を防ぎ、綿菓子状のＯＤＵＲ１０１０の発生を防ぐことができた。

（実施例２）
薬液としてＰＭＥＲ−ＬＡ９００（商品名、東京応化工業（株）製）を用い、図１に示す装置を用いて基板１上に７μｍの厚みの薬液層を形成した。本実施例における図１に示す装置は、噴霧機３としてスプレーイングシステム製の２流体ノズルを備える。ＰＭＥＲ−ＬＡ９００はメッキ用のポジ型のレジストであり、粘度は０．９Ｐａ・ｓ（９００ｃＰ）である。ＰＭＥＲ−ＬＡ９００を用いて回転塗布により７μｍの厚みの薬液層を形成しようとする場合、余剰なＰＭＥＲ−ＬＡ９００が基板外部に排出される際にちぎれにくく、固形化して、綿菓子状のＰＭＥＲ−ＬＡ９００が塗布カップ内に発生する。そこで、本実施例では以下の方法により薬液層を形成した。

基板１をチャック２に設置し、基板１を回転させながら、基板１の上部よりＰＭＥＲ−ＬＡ９００を滴下した。この時、綿菓子状のＰＭＥＲ−ＬＡ９００の発生を防ぐため、図１に示すように、基板１裏面に配置された２流体ノズルからミスト状の溶剤４を基板１端部に向けて噴霧した。溶剤にはＯＫ−７３（商品名、東京応化工業（株）製、ＰＧＭＥＡ／ＰＧＭＥ、ＰＧＭＥＡの沸点：１４６℃、ＰＧＭＥの沸点：１２０℃）を用いた。これにより、ＰＭＥＲ−ＬＡ９００の固形化を防ぎ、綿菓子状のＰＭＥＲ−ＬＡ９００の発生を防ぐことができた。

（比較例１）
図２に示す装置を用い、２流体ノズルからミスト状の溶剤４を噴霧する代わりに、バックリンスノズル１０から液状の溶剤をそのまま供給した以外は、実施例１と同様の方法により薬液層を形成した。溶剤の使用量は実施例１の約２倍であった。

（比較例２）
図２に示す装置を用い、２流体ノズルからミスト状の溶剤４を噴霧する代わりに、バックリンスノズル１０から液状の溶剤をそのまま供給した以外は、実施例２と同様の方法により薬液層を形成した。溶剤の使用量は実施例２の約２倍であった。

１ 基板
２ チャック
３ 噴霧機
４ ミスト状の溶剤
５ アッパーカップ
６ アンダーカップ
７ 整流板
８ 排気口
９ 廃液口
１０ バックリンスノズル
１１ 薬液
１２ 基板
１３ 糸状の薬液
１４ サイドリンスノズル

Claims (10)

1. 薬液を回転塗布することで基板表面に薬液層を形成する方法であって、
   薬液の回転塗布中に基板外部に排出される余剰の薬液が固形化し、綿菓子状の薬液が発生する領域に対して、前記薬液を除去する薬液除去溶剤を噴霧する薬液層の形成方法。
2. 薬液除去溶剤を２流体ノズルにより噴霧する請求項１に記載の薬液層の形成方法。
3. 薬液除去溶剤を超音波ノズルにより噴霧する請求項１に記載の薬液層の形成方法。
4. 少なくとも基板端部に対して薬液除去溶剤を噴霧する請求項１から３のいずれか１項に記載の薬液層の形成方法。
5. 前記薬液除去溶剤の噴霧は、前記基板表面の裏側の面である基板裏面の側から行う請求項１から４のいずれか１項に記載の薬液層の形成方法。
6. 前記薬液はレジストである請求項１から５のいずれか１項に記載の薬液層の形成方法。
7. 前記薬液の回転塗布は、前記基板表面の側から行う請求項１から６のいずれか１項に記載の薬液層の形成方法。
8. 前記薬液が樹脂を含む請求項１から７のいずれか１項に記載の薬液層の形成方法。
9. 前記薬液がアクリル樹脂と溶媒を含む請求項１から８のいずれか１項に記載の薬液層の形成方法。
10. 前記薬液の粘度が０．２５Ｐａ・ｓ以上である請求項１から９のいずれか１項に記載の薬液層の形成方法。