JP2008176161A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル待機槽の内部に大気が入ることを防止することにより、待機中にノズルが詰まることを抑制できる半導体製造装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る半導体製造装置は、半導体ウェハを保持し、かつ回転するステージと、前記ステージ上に保持された半導体ウェハ上に、大気と反応して固化する薬液を吐出する吐出口を下部に有するノズル２０と、ノズル２０の待機位置に配置され、ノズル２０の下部が挿入される開口部１２を上面に有するノズル待機槽１０と、ノズル２０の吐出口より上方の部分に固定され、ノズル２０の下部が開口部１２に挿入された場合に開口部１２を塞ぐ蓋１４とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェハに薬液を吐出するノズルを有する半導体製造装置に関する。特に本発明は、待機中に薬液が大気と反応して固化することを抑制できる半導体製造装置に関する。

図４は、従来の半導体製造装置の構成を説明するための上面図である。この半導体製造装置は半導体ウェハ１００に薬液（例えばＳＯＧ膜を形成するための被膜形成用塗布液）をスピンコーティング法により塗布する装置である。半導体ウェハ１００は、ステージ１０２の上面に吸着される。そしてステージ１０２の上方に配置されたノズル１２０の吐出口から、薬液が半導体ウェハ１００上に吐出される。そしてステージ１０２は半導体ウェハ１００とともに回転し、薬液を半導体ウェハ１００上に均等に分布させる。

薬液を塗布し終わった後、ノズル１２０は、待機位置にあるノズル待機槽１１０の内部に配置され、次の半導体ウェハ１００を処理するまで待機する。待機している間に、ノズル１２０は、イソプロピルアルコール又はエタノールなどの洗浄液で洗浄される。そして次の半導体ウェハ１００を処理する前に、ノズル１２０は、洗浄液が残留しないように、薬液の捨て打ち（ダミーディスペンス）を行う。

図５は、ノズル待機槽１１０の構成を説明するための断面図である。ノズル待機槽１１０は、上面にノズル１２０を挿入する為の開口部１１２を有する。開口部１１２はノズル１２０の径より十分大きい。そしてノズル待機槽１１０の内部には、ノズル１２０の吐出口を洗浄する洗浄ノズル１１６が位置している。洗浄ノズル１１６からは洗浄液がノズル１２０の吐出口に向けて吐出される。洗浄後の洗浄液は、ノズル待機槽１１０の底面に設けられた廃液口１１８から排出される。

ノズル１２０が待機している間にノズル１２０の吐出口で薬液が固化することがある。固化により生成した固化物は、上記した洗浄液によって一部は除去されるが、除去されずにそのまま残る場合もある。この場合、ノズル１２０が詰まり、薬液吐出不良に起因した半導体装置の製造不良が発生することがある。またノズル１２０が詰まらないまでも、固化物が半導体ウェハの上に落下し、異物付着異常を起こすこともある。また、上記したように、ノズル待機槽１１０においてノズル１２０から薬液がダミーディスペンスされるが、ダミーディスペンスされた薬液が廃液口１１８で固化することがある。この場合、ノズル待機槽１１０を分解して洗浄する必要がある。

薬液の固化の原因としては、薬液に含まれる溶媒が蒸発すること、及び薬液が大気中の成分と化学反応を起こすこと、の２つが考えられる。これらを解決する方法としては、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、ノズル待機槽の底部に溶媒を溜めておき、かつノズルを挿入する為の開口部の縁にＯリングを設けることにより、ノズル待機槽内部において溶媒を飽和させ、薬液に含まれる溶媒が蒸発することを抑制するものである。また本技術において、ノズル待機槽の内部にはパージガスが導入されている。なお、本技術では、ノズルを挿入しやすくする為に、Ｏリングとノズルの間には若干の隙間を設けられている。
特開２００１−２０３１５１号公報（図２、及び第１２〜第１６段落）

上記した特許文献１に記載の技術では、ノズルを挿入しやすくする為に、Ｏリングとノズルの間に若干の隙間を設けている。このため、ノズル待機槽の内部には若干の大気が入る。このため、薬液が大気中の成分と化学反応することを防止することは難しかった。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、待機中にノズル待機槽の内部に大気が入ることを防止することにより、待機中にノズルが詰まることを抑制できる半導体製造装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る半導体製造装置は、半導体ウェハを保持し、かつ回転するステージと、
前記ステージ上に保持された半導体ウェハ上に、大気と反応して固化する薬液を吐出する吐出口を下端部に有するノズルと、
前記ノズルの待機位置に配置され、前記ノズルの下部が挿入される開口部を上面に有するノズル待機槽と、
前記ノズルの前記吐出口より上方の部分に固定され、前記ノズルの下部が前記開口部に挿入された場合に前記開口部を塞ぐ蓋とを具備する。
前記薬液は、例えば被膜形成用塗布液である。

この半導体製造装置によれば、前記ノズル待機槽の前記開口部は、前記ノズルの下部が挿入された場合に前記蓋によって塞がれる。このため、前記ノズルが待機している間に前記開口部から前記ノズル待機槽の内部に大気が入り込むことが防止される。従って、待機中に前記ノズルの吐出口が詰まることを抑制できる。

前記ノズル待機槽内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、前記ノズル待機槽内を排気する排気手段とを具備してもよい。更に前記ノズル待機槽内で前記ノズルの前記吐出口に向けて洗浄液を吐出するノズル洗浄手段を更に具備する場合、前記排気手段は、前記ノズル待機槽の底部に設けられた排気口に接続され、この排気口は、前記洗浄液を排出する廃液口を兼ねているのが好ましい。このようにすると、ダミーディスペンスされた薬液が前記廃液口で大気と反応して固化することも抑制できる。

また、前記ノズル待機槽の内部に前記薬液と同一成分の溶媒を供給し、前記ノズル待機槽の底部に前記溶媒を溜める溶媒供給手段を具備してもよい。この場合、前記排気手段は、前記ノズルの下部が前記ノズル待機槽に挿入されてから動作を開始し、その後所定時間経過した後に停止し、前記不活性ガス導入手段は、前記開口部が開放されている間、及び前記排気手段が動作している間に不活性ガスを導入するのが好ましい。このようにすると、前記ノズル待機槽の内部において前記溶媒の蒸気圧が高くなり、前記薬液に含まれる溶媒が蒸発して前記薬液が固化することを抑制できる。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウェハを保持し、かつ回転するステージと、前記ステージ上に保持された半導体ウェハ上に、大気と反応して固化する薬液を吐出する吐出口を下部に有するノズルと、前記ノズルの待機位置に配置され、前記ノズルの下部が挿入される開口部を上面に有するノズル待機槽と、前記ノズルの前記吐出口より上方の部分に固定され、前記ノズルの下部が前記開口部に挿入された場合に前記開口部を塞ぐ蓋と、を具備する半導体製造装置を準備する工程と、
前記ノズルの下部を前記ノズル待機槽の前記開口部に挿入し、かつ前記蓋で前記開口部を塞ぐことにより、前記ノズルを待機させる工程と、
前記ステージに保持された半導体ウェハの上方に前記ノズルを配置する工程と、
前記ノズルの前記吐出口から前記薬液を前記半導体ウェハ上に吐出する工程と、
を具備する。

この半導体装置の製造方法によれば、待機中に前記ノズルの吐出口に位置する前記薬液が大気と反応して固化することを抑制できる。従って、前期薬液を吐出する際に、前記薬液の固化物が前記半導体ウェハ上に付着することを抑制できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置の構成を説明するための上面図である。この半導体製造装置は半導体ウェハ１に、大気に含まれる成分と反応して固化する薬液（例えばＳＯＧ膜を形成するための被膜形成用塗布液）をスピンコーティング法により塗布する装置である。半導体ウェハ１は、ステージ２の上面に載置され、その後ステージ２に吸着される。次いでステージ２の上方には、アーム２２の先端に取り付けられたノズル２０が配置される。ノズル２０の下端部には、半導体ウェハ１に薬液を吐出する吐出口が設けられている。次いでこの吐出口から薬液が半導体ウェハ１上に吐出される。そしてステージ２は半導体ウェハ１とともに回転し、薬液を半導体ウェハ１上に均等に分布させる。このようにして薬液は半導体ウェハ１上に塗布される。

薬液を塗布し終わった後、ノズル２０は、待機位置にあるノズル待機槽１０の内部に配置され、次の半導体ウェハ１を処理するまで待機する。待機している間に、ノズル２０は、イソプロピルアルコール又はエタノールなどの洗浄液で洗浄される。そして次の半導体ウェハ１を処理する前に、ノズル２０は、洗浄液が残留しないように薬液のダミーディスペンスを行う。その後、半導体製造装置は上記した処理を繰り返し、次の半導体ウェハ１に薬液を塗布する。

図２（Ａ）は、ノズル待機槽１０の構成を説明するための断面図である。なおノズル２０は側面図で示している。ノズル待機槽１０は、上面にノズル２０を挿入する為の開口部１２を有する。開口部１２はノズル２０の断面形状より十分大きい。そしてノズル待機槽１０には、不活性ガス導入手段１４及び洗浄ノズル１６が設けられている。不活性ガス導入手段１４は、ノズル待機槽１０の内部に窒素ガスなどの不活性ガスを導入する。洗浄ノズル１６は、上記した洗浄液をノズル２０の吐出口に向けて吐出することにより、ノズル２０の先端を洗浄する。ノズル待機槽１０の内部の雰囲気及び洗浄ノズル１６から吐出された洗浄液は、ノズル待機槽１０の底面に設けられた排出口１８から排出される。なお、排出口１８はポンプに接続されており、このポンプが動作することにより、ノズル待機槽１０の内部が排気される。このポンプは、ノズル２０がノズル待機槽１０で待機していない間は動作しない。

またノズル待機槽１０の上面には、開口部１２の周囲を囲むＯリング１２ａが設けられており、ノズル２０には蓋２４が、吐出口より上方に位置するように取り付けられている。蓋２４は開口部１２より大きく、中心部をノズル２０が突き抜けた状態で、ノズル２０に取り付けられている。

図２（Ｂ）は、待機中のノズル２０とノズル待機槽１０の位置関係を示す断面図である。なおノズル２０は側面図で示している。ノズル２０は、蓋２４がＯリング１２ａに押圧するまで下降しており、この状態で待機している。このため、開口部１２は蓋２４によって塞がれている。従って、開口部１２からノズル待機槽１０の内部に大気が入り込むことを防止できる。

また、不活性ガス導入手段１４からノズル待機槽１０の内部に不活性ガスが導入され、かつノズル待機槽１０の内部の雰囲気は排出口１８から排気されている。このため、開口部１２が開放されたときにノズル待機槽１０の内部に入り込んだ大気は、効率よく排出口１８から排気される。なお、不活性ガスは、開口部１２が開放されている間もノズル待機槽１０の内部に導入されていても良い。この場合、開口部１２が開放されたときにノズル待機槽１０の内部に大気が入り込むことを抑制できる。

以上、本実施形態によれば、ノズル待機槽１０の内部に大気が入り込むことを防止できる。従って、薬液が大気中の成分と化学反応して固化物を生成することを抑制できる。このため、待機中にノズルが詰まることを抑制できる。また固化物がノズル２０から落下して半導体ウェハ上に付着することを抑制できる。また、ダミーディスペンスされた薬液が大気に触れることも防止できる為、排出口１８で薬液が固化することも抑制できる。また、不活性ガスはノズル待機槽１０のみで使用される為、不活性ガスの使用量を少なくすることができる。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置が有するノズル待機槽１０の構成を説明するための図である。本実施形態に係る半導体製造装置は、ノズル待機槽１０の排出口１８が側面に設けられている点、ノズル待機槽１０の内部に薬液の溶媒を供給する溶媒導入配管１９が設けられている点、及び溶媒導入配管１９から供給された溶媒がノズル待機槽１０の底部に溜まっている点を除いて、第１の実施形態に係る半導体製造装置と同様の構成である。

本実施形態において、排出口１８に接続されたポンプは、ノズル待機槽１０の内部で待機を開始した直後に動作を開始し、その後所定時間経過した後に停止する。このとき以外ポンプは動作しない。また不活性ガス導入手段１４は、開口部１２が開放されている間、及び排出口１８に接続されたポンプが動作している間に不活性ガスを導入するが、それ以外のタイミングでは不活性ガスを導入しない。このようなポンプ及び不活性ガス導入手段１４の制御は、例えば図示しない制御部によって行われる。

以上、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ノズル２０がノズル待機槽１０の内部で待機している間、ノズル待機槽１０の内部において溶媒の蒸気圧は高くなる。従って、薬液に含まれる溶媒が蒸発して薬液が固化することも抑制できる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば各実施形態における半導体製造装置が吐出する薬液は、大気に含まれる成分と反応して固化する薬液でなくてもよく、例えばフォトレジスト溶液であってもよい。

第１の実施形態に係る半導体製造装置の構成を説明するための上面図。 （Ａ）はノズル待機槽１０の構成を説明するための断面図、（Ｂ）は待機中のノズル２０とノズル待機槽１０の位置関係を示す断面図。 第２の実施形態に係る半導体製造装置が有するノズル待機槽１０の構成を説明するための図。 従来の半導体製造装置の構成を説明するための上面図。 ノズル待機槽１１０の構成を説明するための断面図。

符号の説明

１，１００…半導体ウェハ、２，１０２…ステージ、１０，１１０…ノズル待機槽、１２，１１２…開口部、１２ａ…Ｏリング、１４…不活性ガス導入手段、１６，１１６…洗浄ノズル、１８…排出口、１９溶媒導入配管、２０，１２０…ノズル、２２…アーム、２４…蓋、１１８…廃液口

Claims (6)

1. 半導体ウェハを保持し、かつ回転するステージと、
   前記ステージ上に保持された半導体ウェハ上に、大気と反応して固化する薬液を吐出する吐出口を下部に有するノズルと、
   前記ノズルの待機位置に配置され、前記ノズルの下部が挿入される開口部を上面に有するノズル待機槽と、
   前記ノズルの前記吐出口より上方の部分に固定され、前記ノズルの下部が前記開口部に挿入された場合に前記開口部を塞ぐ蓋と、
   を具備する半導体製造装置。
2. 前記ノズル待機槽内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、
   前記ノズル待機槽内を排気する排気手段と
   を具備する請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記ノズル待機槽内で前記ノズルの前記吐出口に向けて洗浄液を吐出するノズル洗浄手段を更に具備し、
   前記排気手段は、前記ノズル待機槽の底部に設けられた排気口に接続されており、
   前記排気口は、前記洗浄液を排出する廃液口を兼ねている請求項２に記載の半導体製造装置。
4. 前記ノズル待機槽の内部に前記薬液と同一成分の溶媒を供給し、前記ノズル待機槽の底部に前記溶媒を溜める溶媒供給手段を具備し、
   前記排気手段は、前記ノズルの下部が前記ノズル待機槽に挿入されてから動作を開始し、その後所定時間経過した後に停止し、
   前記不活性ガス導入手段は、前記開口部が開放されている間、及び前記排気手段が動作している間に不活性ガスを導入する請求項２に記載の半導体製造装置。
5. 前記薬液は、被膜形成用塗布液である請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
6. 半導体ウェハを保持し、かつ回転するステージと、
   前記ステージ上に保持された半導体ウェハ上に、大気と反応して固化する薬液を吐出する吐出口を下部に有するノズルと、
   前記ノズルの待機位置に配置され、前記ノズルの下部が挿入される開口部を上面に有するノズル待機槽と、
   前記ノズルの前記吐出口より上方の部分に固定され、前記ノズルの下部が前記開口部に挿入された場合に前記開口部を塞ぐ蓋と、
   を具備する半導体製造装置を準備する工程と、
   前記ノズルの下部を前記ノズル待機槽の前記開口部に挿入し、かつ前記蓋で前記開口部を塞ぐことにより、前記ノズルを待機させる工程と、
   前記ステージに保持された半導体ウェハの上方に前記ノズルを配置する工程と、
   前記ノズルの前記吐出口から前記薬液を前記半導体ウェハ上に吐出する工程と、
   を具備する半導体装置の製造方法。

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