JP7122684B2

JP7122684B2 - 塗布装置

Info

Publication number: JP7122684B2
Application number: JP2018042329A
Authority: JP
Inventors: 功幸松原
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2022-08-22
Anticipated expiration: 2038-03-08
Also published as: JP2019160884A

Description

本発明は、塗布装置に関し、詳細には、搬送キャリアに保持された基板に保護膜を形成するための塗布装置に関する。

基板をダイシングする方法として、プラズマ照射によるプラズマダイシングが注目されている。プラズマダイシングに供される基板の表面は、プラズマエッチングされる領域（分割領域）を除き、マスクで覆われている。マスクは、通常、マスクの原料を含む原料液を、スピンコート法あるいはスプレーコート法により基板に塗布して塗膜を形成し、これを乾燥させて得られる保護膜をパターニングすることにより形成される（特許文献１および２）。

特開２００５－１９１０３９号公報特開２０１３－６５８２２号公報

塗膜の乾燥は、通常、塗膜の単位体積あたりの露出面積が広く、外部雰囲気に晒されやすい部分、つまり基板の端部（エッジ付近）から中央に向かって進行する。このとき、エッジ付近の塗膜の内部にある未乾燥の原料液は、徐々に基板の中央側に寄せられる。一方、基板の主面の表面側からも塗膜の乾燥は進み、固化し始める。そのため、塗膜の内部を端部から中央側へと寄せられた原料液はやがて行き場を失い、基板の端部から中央までの領域で上方に盛り上がり、そのまま乾燥する。つまり、塗膜を乾燥して得られる保護膜は、基板の端部では薄い一方、一部、盛り上がって厚くなる場合がある。

このような保護膜の厚みのバラツキは、特に、低粘度の原料液を用いて形成した厚い塗膜を、加熱によって乾燥させる場合に多く見られる。保護膜の厚みがばらつくとマスクの厚みもばらつく。そのため、パターニング工程において、分割領域のマスクが厚い部分では所望のパターンが得られない一方、プラズマエッチング工程において、素子領域のマスクの薄い部分がエッチングされ得る。その結果、得られる素子チップの品質が低下する。なお、厚い塗膜は、例えば、スピンコート法において回転速度を低くすること等により形成され得る。

本発明の一局面は、搬送キャリアに保持された基板に、保護膜の原料を含む原料液を塗布する塗布装置であって、前記基板は、第１の面と前記第１の面とは反対側の第２の面とを有し、前記搬送キャリアは、保持シートと前記保持シートの外周縁の少なくとも一部に貼着されたフレームとを備え、前記基板の前記第２の面は、前記保持シートに貼着されており、前記保持シートは、前記フレームが貼着する第１貼着領域と、前記基板が貼着する第２貼着領域とを備え、前記塗布装置は、前記フレームを支持する支持部材と、前記基板を、前記保持シートを介して吸着する吸着テーブルと、前記原料液を、前記基板の前記第１の面に供給するノズルと、を備え、前記支持部材は、前記フレームを第１の位置で支持可能であり、前記フレームが前記第１の位置にあるとき、前記第１貼着領域は、前記第２貼着領域よりも上方にある、塗布装置に関する。

本発明によれば、基板に、均一な厚みを有する保護膜を形成することができる。

本発明の一実施形態に係る基板および搬送キャリアを概略的に示す上面図である。図１ＡのＡ－Ａ線における断面図である。本発明の一実施形態に係る塗布装置を概略的に示す断面図である。支持部材が昇降する場合の塗布装置の動作を説明する塗布装置の断面図である。図３Ａの後の塗布装置の動作を説明する塗布装置の断面図である。図３Ｂの後の塗布装置の動作を説明する塗布装置の断面図である。図３Ｃの後の塗布装置の動作を説明する塗布装置の断面図である。原料液が供給された直後の基板および保持シートを、模式的に示す断面図である。図４Ａの原料液を乾燥させた後の基板および保持シートを、模式的に示す断面図である。

本実施形態に係る塗布装置による塗膜形成の対象は、搬送キャリアに保持された基板である。搬送キャリアは、保持シートと、保持シートの外周縁の少なくとも一部に貼着されたフレームとを備える。基板は、第１の面と、第１の面とは反対側の第２の面を有している。基板の第２の面が保持シートに貼着されることにより、基板は搬送キャリアに保持される。基板の第１の面には、保護膜が形成される。保持シートは、フレームが貼着する第１貼着領域と、基板が貼着する第２貼着領域とを備える。

塗布装置は、フレームを支持する支持部材と、基板を保持シートを介して吸着する吸着テーブルと、原料液を基板の第１の面に供給するノズルと、を備える。支持部材は、第１の位置でフレームを支持することができる。フレームが第１の位置にあるとき、第１貼着領域は第２貼着領域よりも上方にある。つまり、基板を保持する搬送キャリアを塗布装置に設置すると、保持シートの外周縁は、吸着テーブルに対して上方に持ち上げられる。一方、保持シートの基板と貼着している領域は、吸着テーブルに吸着されている。

これにより、保持シートは、基板をその底部に収容する容器のような形状になる。この容器に、基板の第１の面を覆うように原料液を供給すると、原料液によって、基板の表面だけでなく、基板の周囲の保持シートも覆われる。つまり、塗膜の端部は保持シート上に形成される。

本実施形態は、乾燥の進行しやすい塗膜の端部を、基板の表面以外の部分に形成するという、ユニークな思想に基づく。本実施形態に係る塗布装置によれば、塗膜の乾燥によって生じうる保護膜の盛り上がりは、基板上には形成されない。また、原料液は、液体状で基板の表面に供給されており、塗膜は流動性を有している。流動性を有する塗膜は、セルフレベリング作用により基板の主面（第１の面）に均一に広がり、その状態で乾燥される。よって、第１の面に形成される保護膜の厚みは均一になる。流動性を有するとは、塗膜が、吐出された直後の原料液とほぼ同程度の濃度を維持しており、基板上で不定形に変化し得ることを意味する。塗膜に占める溶媒量は、例えば、固形分に対して１００体積％以上である。

さらに、本実施形態によれば、原料液の粘度、供給スピード等の調整を要しないため、供給作業は非常にシンプルである。また、原料液を、基板以外の領域にはみ出して塗布することが許容されるため、ノズル位置を精密に制御することを要しない。よって、供給作業にかかる時間の短縮が図れる。

まず、処理対象物である基板および搬送キャリアについて説明する。図１Ａは、本発明の一実施形態に係る基板および搬送キャリアを概略的に示す上面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示すＡ－Ａ線での断面図である。図示例では、便宜上、同じ機能を備える部材に同じ符号を付している。

（搬送キャリア）
搬送キャリア２０は、保持シート２２と、保持シート２２の外周縁の少なくとも一部に貼着されたフレーム２１とを備える。なお、図示例において、フレーム２１は開口を有した環状体であるが、これに限定されない。フレーム２１は、保持シート２２の外周縁の少なくとも一部に貼着し、保持シート２２を固定できる形状であればよい。

（フレーム）
フレーム２１は、所定の幅および略一定の薄い厚みを有している。フレーム２１は、保持シート２２および基板１０を保持した状態で搬送できる程度の剛性を有している。フレーム２１の開口の形状は特に限定されないが、例えば、円形や、矩形、六角形など多角形であってもよい。フレーム２１には、位置決めのためのノッチ２１ａやコーナーカット２１ｂが設けられていてもよい。フレーム２１の材質としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属や、樹脂等が挙げられる。フレーム２１の厚みＴ_２１は、例えば、１０００μｍ～２０００μｍである。

（保持シート）
保持シート２２は、例えば、粘着層および基材層の積層体である。
基材層の材質は特に限定されず、例えば、ポリエチレンおよびポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル等の熱可塑性樹脂が挙げられる。樹脂フィルムには、伸縮性を付加するためのゴム成分（例えば、エチレン－プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等）、可塑剤、軟化剤、酸化防止剤、導電性材料等の各種添加剤が配合されていてもよい。また、上記熱可塑性樹脂は、アクリル基等の光重合反応を示す官能基を有していてもよい。基材層の厚みは特に限定されず、例えば、５０μｍ～３００μｍであり、好ましくは５０μｍ～１５０μｍである。

保持シート２２の粘着層側の面（第３の面２２Ｘ）の外周縁は、フレーム２１が貼着する領域（第１貼着領域２２ａ）を有している。保持シート２２は、フレーム２１の開口を覆っている。同じ第３の面２２Ｘのフレーム２１の開口から露出した部分に、基板１０の一方の主面（第２の面１０Ｙ）が貼着されている。つまり、保持シート２２の第３の面２２Ｘは、基板１０が貼着する領域（第２貼着領域２２ｂ）を有している。フレーム２１は、保持シート２２の基材層側の面（第４の面２２Ｙ）の外周縁に、粘着剤等を介して貼着されてもよい。

粘着層は、紫外線（ＵＶ）の照射によって粘着力が減少する粘着成分を含んでいてもよい。例えば、粘着層は、基材層の片面に、ＵＶ硬化型アクリル粘着剤を５μｍ～１００μｍ（好ましくは５μｍ～１５μｍ）の厚みに塗布することにより得られる。

（基板）
基板１０は、保護膜が形成される対象物であり、特に限定されるものではない。
基板１０の材質は、例えば、半導体、誘電体、金属でもよいし、あるいはこれらの積層体でもよい。半導体としては、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣなどが例示できる。また、誘電体としては、ＳｉＯ_２、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３などが例示できる。基板１０の大きさは特に限定されず、例えば、最大径５０ｍｍ～３００ｍｍ程度である。基板１０の形状は特に限定されず、例えば、円形、角型である。また、基板１０には、オリエンテーションフラット（オリフラ）、ノッチ等の切欠き（いずれも図示せず）が設けられていてもよい。

基板１０の第２の面１０Ｙは、保持シート２２の第３の面２２Ｘに貼着される。第１の面１０Ｘには、塗布装置により保護膜が形成される。保護膜は、例えば後工程においてパターニングされて、レジストマスクとなる。レジストマスクがある部分は、プラズマによるエッチングから保護される。一方、レジストマスクのない部分は、その表面から裏面までがプラズマによりエッチングされ得る。

（塗布装置）
図２は、本実施形態に係る塗布装置を概略的に示す断面図である。
塗布装置３００は、フレーム２１を支持する支持部材３０３と、基板１０を保持シート２２を介して吸着する吸着テーブル３０２と、保護膜の原料を含む原料液を基板１０の第１の面１０Ｘに供給するノズル３０１と、を備える。

支持部材３０３は、第１の位置Ｐ１でフレーム２１を支持することができる。フレーム２１が第１の位置Ｐ１にあるとき、保持シート２２のフレーム２１との貼着領域（第１貼着領域２２ａ）は、保持シート２２の基板１０との貼着領域（第２貼着領域２２ｂ）よりも上方にある。つまり、フレーム２１が第１の位置Ｐ１にあるとき、保持シート２２によって、基板１０をその底部に収容する容器が形成される。この容器に、ノズル３０１から原料液が供給される。

第１の位置Ｐ１は、特に限定されない。第１の位置Ｐ１は、所望の保護膜の厚みおよび基板１０の厚み等を考慮して容器の深さを決定し、これに基づいて適宜設定すればよい。図示例の場合、第１貼着領域２２ａの吸着テーブル３０２からの高さと、第２貼着領域２２ｂの吸着テーブル３０２からの高さとの差に、フレーム２１の厚みＴ_２１を加えると、容器の深さになる。

ノズル３０１には、図示しないポンプによって原料液が送液される。原料液は、液体状のままノズル３０１に設けられた開口（図示せず）から吐出される。ノズル３０１の開口の形状は特に限定されず、例えば、円形であってもよいし、スリット形状であってもよい。

吸着テーブル３０２による基板１０の吸着機構は特に限定されず、静電吸着であってもよいし、真空吸着であってもよい。吸着テーブル３０２には、基板１０あるいは基板１０とその周囲の保持シートが吸着されればよい。例えば、図示例のように、支持部材３０３を吸着テーブル３０２の周囲に配置して、基板１０を保持シート２２を介して吸着テーブル３０２に載置する一方、フレーム２１を吸着テーブル３０２の周囲で支持してもよい。

フレーム２１は、支持部材３０３によって第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間で昇降可能であってもよい。フレーム２１が第２の位置Ｐ２にあるとき、第１貼着領域２２ａは第２貼着領域２２ｂと同一平面上にある。この場合の塗布装置３００の動作について、図面を参照しながら説明する。図３Ａ～図３Ｄは、フレーム２１が昇降する場合の塗布装置３００の動作を説明する塗布装置の断面図である。

（１）基板の載置
支持部材３０３を、その上端面が吸着テーブル３０２の搬送キャリア２０が載置される面と同じ位置になるように配置する。基板１０を保持した搬送キャリア２０を、フレーム２１が支持部材３０３に支持されるように、設置する（図３Ａ）。このとき、フレーム２１は第２の位置Ｐ２にあり、第１貼着領域２２ａと第２貼着領域２２ｂとは、同一平面上にある。吸着機構を作動させて、基板１０を、保持シート２２を介して吸着テーブル３０２に吸着する。

（２）支持部材の上昇
基板１０を吸着テーブル３０２に吸着させた後、支持部材３０３を上昇させてフレーム２１を第１の位置Ｐ１に持ち上げる（図３Ｂ）。一方、保持シート２２の第２貼着領域２２ｂは、吸着テーブル３０２に吸着されている。これにより、基板１０をその底部に収容する保持シート２２製の容器が形成される。

第１貼着領域２２ａと第２貼着領域２２ｂとの第１高低差Ｄ１は、特に限定されない。第１高低差Ｄ１は、例えば、２００μｍ～１５００μｍ程度である。また、第１貼着領域２２ａと吸着テーブル３０２との第２高低差Ｄ２も特に限定されず、保持シート２２の厚み等を考慮して適宜設定すればよい。第２高低差Ｄ２は、例えば、１ｍｍ～２ｍｍであってもよい。高低差Ｄ１およびＤ２は、それぞれ任意の３点における平均の高低差である。

なかでも、第１の位置Ｐ１は、フレーム２１の吸着テーブル３０２に対向する第５の面２１Ｘとは反対側の第６の面２１Ｙが、基板１０の第１の面１０Ｘよりも上方に配置される位置であることが好ましい。この場合、原料液の液面が水平になるまで、上記容器内に原料液を供給することができる（図３Ｃ参照）。原料液の液面が水平であると、原料液の乾燥する過程における移動が抑制され易い。例えば、図４Ａのように、基板１０上の液面と保持シート２２上の液面との間に段差がある場合、原料液３０が乾燥する過程において、基板１０のエッジＥ付近の原料液３０は保持シート２２に向かって移動する。そのため、第１の面１０Ｘ上に形成される保護膜１４０のエッジＥ近傍の厚みは、他の部分より小さくなり易い（図４Ｂ参照）。

原料液３０の液面を水平にして、基板１０上の液面と保持シート２２上の液面とを面一にすることにより、基板１０のエッジＥ付近の原料液３０は保持シート２２側へと移動し難くなる。よって、第１の面１０Ｘ上に形成される保護膜の厚みは均一になる。得られる保護膜４０の厚みが塗膜の厚みの１／２０以下になるような固形分濃度が低い（粘度が低い）場合でも、第１の面１０Ｘ上の保護膜の厚みを均一にすることができる。

（３）原料液の供給
上記容器に、ノズル３０１から原料液３０を供給する（図３Ｃ）。原料液３０は、基板１０の第１の面１０Ｘを覆う程度に供給される。第１の面１０Ｘ上に形成される保護膜の厚みは、供給される原料液３０の量により制御される。液体状で供給される原料液３０によって、基板の端面１０Ｚも覆われる。さらには基板１０を取り囲むように、保持シート２２の第３の面２２Ｘの一部も原料液３０に覆われる。つまり、原料液３０によって形成される塗膜の端部は、保持シート２２上に位置する。よって、塗膜の乾燥によって生じうる保護膜の盛り上がりは、基板１０上ではなく、保持シート２２上に形成される。

図示例のように、保持シート２２の第３の面２２Ｘの基板１０に対向する領域以外を、すべて原料液３０で覆ってもよい。この場合、原料液３０の端部はフレーム２１の端面に接触するため、端部からの乾燥は進行し難い。原料液３０の乾燥は主に面方向から進行し、保護膜の盛り上がりの形成は抑制される。

保護膜の原料としては、例えば、ポリイミド等の熱硬化性樹脂、フェノール樹脂等のフォトレジスト、あるいは、アクリル樹脂等の水溶性レジスト等の、いわゆるレジスト材料が挙げられる。溶媒は、保護膜の原料を溶解させることができる限り特に限定されず、原料に応じて選択される。水溶性レジストの場合、溶媒としては、例えば、水、水溶性の有機溶媒（メタノール、エタノール、アセトン、エチルメチルケトン、アセトニトリル、ジメチルアセトアミド等）が挙げられる。これらは１種を単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いられる。

原料液３０の粘度は特に限定されない。生産性の観点から、原料液３０のＪＩＳＺ８８０３に準拠して測定される２０℃における粘度は、１ｍＰａ・ｓ～１０００ｍＰａ・ｓであってもよい。原料液３０の固形分濃度も特に限定されず、粘度が上記範囲になるように適宜設定すればよい。本実施形態によれば、原料液３０の粘度および固形分濃度にかかわらず、基板１０の第１の面１０Ｘに厚みの均一な保護膜を形成することができる。

フレーム２１を第１の位置Ｐ１に配置したまま、塗膜を乾燥させる。このとき、塗膜は、原料液３０の流動性が低下する程度に乾燥されればよく、溶媒の大部分が除去されるまで乾燥されてもよい。

乾燥方法は特に限定されず、加熱乾燥であってもよいし、減圧乾燥であってもよい。本実施形態によれば、特に保護膜の盛り上がりが形成され易い加熱乾燥を採用することができる。加熱乾燥は、例えば、吸着テーブル３０２の上方から加熱装置により加熱してもよいし、吸着テーブル３０２の内部に加熱装置を配置して、搬送キャリア２０の下方から加熱してもよい。加熱の条件は特に限定されず、保持シート２２の材質および厚み、原料液３０に含まれる溶媒の沸点等を考慮して適宜設定すればよい。なかでも、保持シート２２の耐熱温度よりも低い温度、例えば、９０℃以下で加熱することが好ましく、５０℃未満（例えば、４０℃以下）で加熱してもよい。

（４）支持部材の下降
最後に、支持部材３０３を下降させて、フレーム２１を第２の位置Ｐ２に置く（図３Ｄ）。必要に応じてさらに乾燥させる。このようにして、基板１０の第１の面１０Ｘ、基板の端面１０Ｚ、および、保持シート２２の基板１０を取り囲む部分に、保護膜４０が形成される。

保護膜４０の厚みは特に限定されない。第１の面１０Ｘ上に形成される第１保護膜４０ａの厚みは、例えば、後のプラズマダイシングの際に保護膜４０がエッチングされる量（厚み）を算出し、このエッチング量以上になるように設定される。第１保護膜４０ａの厚みは、例えば、１５μｍ～５０μｍであればよい。

保持シート２２上に形成される第２保護膜４０ｂの厚みは特に限定されず、第１保護膜４０ａの厚みより大きくてもよい。第２保護膜４０ｂの厚みは、例えば、２０μｍ～７０μｍであってもよい。第２保護膜４０ｂの厚みは均一であってもよいし、均一でなくてもよい。第２保護膜４０ｂは、盛り上がり部分を有していてもよい。第１保護膜４０ａの厚みおよび第２保護膜４０ｂの厚みは、それぞれ任意の３点おける平均の厚みである。

保護膜４０を有する基板１０は搬送キャリア２０ごと搬送されて、後のパターニング工程等に供される。本実施形態によれば、基板１０を保持シート２２に保持した状態でパターニングおよびプラズマダイシングが行われるため、製造工程が簡略化される。

本発明の塗布装置は、保持シートに貼着された基板に保護膜を形成する装置として有用である。

１０：基板
１０Ｘ：第１の面
１０Ｙ：第２の面
１０Ｚ：端面
２０：搬送キャリア
２１：フレーム
２１Ｘ：第５の面
２１Ｙ：第６の面
２１ａ：ノッチ
２１ｂ：コーナーカット
２２：保持シート
２２Ｘ：第３の面
２２Ｙ：第４の面
２２ａ：第１貼着領域
２２ｂ：第２貼着領域
３０：原料液
４０：保護膜
４０ａ：第１保護膜
４０ｂ：第２保護膜
３００：塗布装置
３０１：ノズル
３０２：吸着テーブル
３０３：支持部材
１４０：保護膜

Claims

搬送キャリアに保持された基板に、保護膜の原料を含む原料液を塗布する塗布装置であって、
前記基板は、第１の面と前記第１の面とは反対側の第２の面とを有し、
前記搬送キャリアは、保持シートと前記保持シートの外周縁の少なくとも一部に貼着されたフレームとを備え、
前記基板の前記第２の面は、前記保持シートに貼着されており、
前記保持シートは、前記フレームが貼着する第１貼着領域と、前記基板が貼着する第２貼着領域とを備え、
前記塗布装置は、
前記フレームを支持する支持部材と、
前記基板を、前記保持シートを介して吸着する吸着テーブルと、
前記原料液を、前記基板の前記第１の面に供給するノズルと、を備え、
前記支持部材は、前記フレームを第１の位置で支持可能であり、
前記フレームが前記第１の位置にあるとき、前記第１貼着領域は、前記第２貼着領域よりも上方にあり、
前記フレームを前記第１の位置に配置した状態で、前記基板上の液面と前記保持シート上の液面とが面一になるように前記ノズルから前記原料液を前記基板の前記第１の面に供給して塗膜を形成し、
前記フレームを前記第１の位置に配置したまま、前記塗膜を乾燥させる、塗布装置。
前記フレームは、前記支持部材によって前記第１の位置と第２の位置との間で昇降可能であり、
前記フレームが前記第２の位置にあるとき、前記第１貼着領域は前記第２貼着領域と同一平面上にある、請求項１に記載の塗布装置。
前記フレームは、前記吸着テーブルに対向する第５の面と前記第５の面とは反対側の第６の面とを有し、
前記フレームが前記第１の位置にあるとき、前記第６の面は、前記基板の前記第１の面よりも上方にある、請求項１または２に記載の塗布装置。