JP2009290029A - スピンコータ - Google Patents

Abstract

【課題】スピンコータにおける基板の回転運動に伴うレジストの飛沫の基板上への再付着を防止しながら、レジスト塗布工程における製造効率を向上させる手段を提供する。
【解決手段】スピンコータが、基板を水平に固定して回転させるターンテーブルと、ターンテーブル上の基板の上方にターンテーブルと平行に配置され、ターンテーブルと同軸に基板の外径より大きい開口部が形成された円盤状の天板と、天板の半径方向外側の縁部に接続し下方に向かって拡大する円錐状の傾斜板とを有するコータカップと、コータカップの、天板と傾斜板との曲折部に垂直方向の下方に向かって延在する、開口部と同心円状に配置された円筒状の遮蔽板と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板上に、スピンコート法によりレジストマスクを形成するためのレジストを塗布するレジスト塗布装置に用いられるスピンコータに関する。

従来のスピンコータは、基板を吸着により水平に固定して回転させるターンテーブルと、ターンテーブル上の基板の上方に配置され、ターンテーブルと同軸に、基板の外径より僅かに大きく形成された開口部と、開口部から下方に向かって拡大する円錐状の傾斜板と、開口部から垂直方向の下方に向かって延在する円筒状の鍔部とを有するコータカップと、コータカップ内の空気を掃気する掃気配管とを備え、基板をターンテーブルにより回転させながら、開口部の上方に配置されたノズルから吐出させた液状のレジストを、基板の中央に落下させてレジストの薄膜を形成するときに、基板の回転に伴って基板の外径端から飛散し、上方へ巻き上がったレジストの飛沫を、開口部に設けられた鍔部に付着させ、基板の外側で滴下させて、コーティング中の基板の上面へのレジストの再付着を防止している（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−３２０１００号公報（段落０００３〜０００５、００１７〜００１９、第１図）

一般に、スピンコータのコータカップ内においては、基板の回転運動によって、図５に破線の矢印で示すように、基板の外径端で振り切られたレジストの飛滴が、ほぼ水平に旋回しながら全方位に飛散し、コータカップの傾斜板の内面に衝突して飛沫となって飛散する。
このとき、レジストは粘性を有しているために、一部が内面に付着してコータカップの内面を伝って下方に流下し、衝突により飛散した細かな飛沫の大部分は、傾斜板により下方に反射し、コータカップ内の掃気のための空気の主流Ｍ（図５に１点鎖線で示す矢印）によって下方に運ばれる。

また、破線の矢印Ａのように、上方に跳ね返された飛沫は、その一部がコータカップ内の空間を旋回しながら浮遊し、他の飛沫はコータカップの内面の方向に旋回しながら接近し、コータカップ内の掃気に伴って開口部から吸引される空気により生ずる鍔部の裏側に回り込む渦流Ｃによって上方および半径方向内側へ運ばれる。
しかしながら、上述した従来の技術においては、コータカップ内で巻き上がったレジストの飛沫を、開口部に設けられた鍔部に付着させ、基板の外側で滴下させて基板の上面へのレジストの再付着を防止しているため、レジスト塗布工程における処理枚数が少ない場合は十分に機能するものの、塗布工程における処理枚数が増加すると、コータカップの内面や鍔部の裏側に付着したレジストが、その粘性により微量であっても固着して徐々に堆積し、この堆積が進行すると、鍔部の裏側に付着したレジストの滴下に伴って氷柱状の堆積物Ｔが形成され、図５に示すように、氷柱状の堆積物Ｔが成長して、その下端が基板の上面の水平面に近い位置まで垂れ下がると、氷柱状の堆積物Ｔは基板の外径端に近接した位置に形成されるので、その後のレジストの塗布の際に、基板の回転運動に伴って飛散したレジストの飛滴が、氷柱状の堆積物Ｔに衝突して飛沫となって飛散し、その一部が破線の矢印Ｂのように跳ね返されて、基板の上面に再付着してしまう場合があるという問題が生ずる。

このレジストの飛沫が基板の上面に再付着すると、基板に塗布されたレジストに塗布ムラが発生し、レジストの塗布膜厚の均一性が損なわれることになり、塗布後の露光および現像等の処理によって、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）の回路パターンに線幅の不均一や、配線同士の接触等が発生し、不良回路が生じる等の重大な欠陥を生じせしめる要因になる。

このため、氷柱状の堆積物Ｔが所定の長さに成長したときに保守作業により除去すると、保守期間内に塗布できる処理枚数が制限され、レジスト塗布工程における製造効率を低下させるという問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、基板の回転運動に伴うレジストの飛沫の基板上への再付着を防止しながら、レジスト塗布工程における製造効率を向上させる手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、スピンコータが、基板を水平に固定して回転させるターンテーブルと、前記ターンテーブル上の基板の上方に、前記ターンテーブルと平行に配置され、前記ターンテーブルと同軸に、前記基板の外径より大きい開口部が形成された円盤状の天板と、前記天板の半径方向外側の縁部に接続し、下方に向かって拡大する円錐状の傾斜板とを有するコータカップと、前記コータカップの、前記天板と前記傾斜板との曲折部に、垂直方向の下方に向かって延在する、前記開口部と同心円状に配置された円筒状の遮蔽板と、を備えたことを特徴とする。

これにより、本発明は、基板の回転運動に伴って上方へ巻き上げられたレジストの飛沫を、遮蔽板の裏面に付着させて、基板上へのレジストの再付着を防止することができると共に、基板に近接して形成される氷柱状の堆積物Ｔの成長を抑制して、レジスト塗布工程における保守期間を延長することができ、保守期間内の処理枚数を増加させて、レジスト塗布工程の製造効率を向上させることができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明によるスピンコータの実施例について説明する。

図１は実施例のレジスト塗布装置の断面を示す説明図、図２は実施例のスピンコータの断面を示す説明図、図３は実施例のスピンコータの上面を示す説明図である。
図１において、１はレジスト塗布装置であり、スピンコート法により半導体ウェハ等の基板２上へフォトリソグラフィにおけるレジストの塗布を行うスピンコータ３、スピンコータ３内の基板２の上面の中心部にレジストを吐出するノズル５、スピンコータ３の底面に溜ったレジストを廃液タンク６に導く廃液配管７、スピンコータ３内の空気を掃気する掃気配管８等を備えている。

なお、廃液タンク６は、レジスト塗布装置１の外部に設置するようにしてもよい。
図２、図３において、１１はスピンコータ３のターンテーブルであり、上面に芯を合せて載置された基板２を吸着保持して水平に固定し、固定した基板２を図示しないスピンモータ等の回転駆動装置により回転させる機能等を有している。
１２はスピンコータ３のコータカップであり、有底の下カップ１２ａの円筒状の側板１３の内側に、上カップ１２ｂの円筒状の側板１４を嵌合させて構成され、回転する基板２から飛散したレジストの外部への漏洩を防止する機能等を有している。

１５はコータカップ１２の上カップ１２ｂの天板であり、ターンテーブル１１上の基板２の上方に、ターンテーブル１１と平行に配置されており、ターンテーブル１１と同軸に基板２の外径より僅かに大きい直径を有する開口部１６が形成された円盤状の板部材である。
１７は上カップ１２ｂの傾斜板であり、天板１５の半径方向外側の縁部に接続し、下方に向かって拡大する円錐状に形成され、側板１４と天板１５との間を接続しており、傾斜板１７に衝突したレジストの飛滴により飛散した飛沫の反射方向が、極力下方に向かうような傾斜角に形成されている。

このため、傾斜板１７と側板１４との接続部は、基板２の上面が属する水平面より下方に位置している。
１８は鍔部であり、上カップ１２ｂの開口部１６に形成された、開口部１６から垂直方向の下方に向かって延在する円筒状の板部材であって、裏面１８ａ側（裏側という。）に付着したレジストを基板２の外径端の半径方向の外側で滴下させて、基板２上へのレジストの再付着を防止する機能、および開口部１６の強度を補う機能等を備えている。

１９は遮蔽板であり、上カップ１２ｂの天板１５と、傾斜板１７との曲折部の内面に、垂直方向の下方に向かって延在する円筒状の板部材であって、開口部１６と同心円状に配置されており、その下端は、基板２の上面が属する水平面より上方に位置している。
２１はスピンコータ３の整流板であり、ターンテーブル１１の下方に、ターンテーブル１１と平行かつ同軸に配置された、天板１５の外径より小さい直径を有する円盤状の頂板２２と、頂板２２の半径方向外側の縁部に接続し、下方に向かって拡大する円錐状の斜板２３と、斜板２３の半径方向外側の縁部に接続すると共に下カップ１２ａの底面に達する、上カップ１２ｂの側板１４の直径より小さい直径を有する円筒状の側板２３とで形成されており、掃気配管８による掃気により、コータカップ１２の上カップ１２ｂと下カップ１２ａとにより形成される空間（コータカップ１２内の空間という。）を通過する空気の主流Ｍ（図４に示す１点鎖線の矢印参照）を整流する機能、およびターンテーブル１１のシャフト１１ａ等へのレジストの付着を防止する機能等を有している。

上記の構成の作用について、図４を用いて説明する。
スピンコータ３によって基板２上にレジストを塗布する場合は、レジスト塗布装置１のスピンコータ３へ基板２を搬送し、ターンテーブル１１上に芯を合せた状態で基板２を吸着保持して固定し、コータカップ１２を上昇させ、またはターンテーブル１１を下降させて、基板２をコータカップ１２内に配置する。

コータカップ１２内に配置された基板２の上面の中心部に、コータカップ１２の上方に位置するノズル１３から液状のレジストを適量吐出させ、ターンテーブル１１により基板２を回転させて、基板２上のレジストを回転運動による遠心力により半径方向に拡散させ、基板２の上面の全面にレジストの薄膜を形成する。
このとき、余剰となったレジストは、基板２の外径端で振り切られ、飛滴となって基板２の回転運動による周方向速度成分と遠心力による半径方向速度成分との合成方向、つまり回転方向の斜め前方に、ほぼ水平に旋回しながら全方位に飛散する。

そして、飛散した飛滴は、コータカップ１２の上カップ１２ｂの傾斜板１７の内面に衝突し、レジストの粘性によって、一部が内面に付着してコータカップの内面を伝って下方へ流下し、衝突により飛散した細かな飛沫の大部分は、傾斜板１７の傾斜角によって下方に反射し、掃気配管８から掃気されるコータカップ１２内の空間の空気の主流Ｍによって旋回しながら下方に運ばれ、下カップ１２ａの底面から廃液配管７に導かれて廃液タンク６に貯留される。

一方、破線の矢印Ａのように、上方に跳ね返された飛沫は、反射により与えられた半径方向内向きの速度成分と、衝突後に残留した旋回成分（周方向速度成分）による遠心力による外向きの速度成分とのバランスに応じて旋回しながら上方に巻き上がり、内向きの速度成分の大きいものは、コータカップ１２内の空間を旋回しながら浮遊し、外向きの速度成分の大きいものは、傾斜板１７や天板１５の内面に向かって旋回しながら接近する。

また、旋回している飛沫同士の衝突により結合して重量が重くなったものは自重および主流Ｍにより下カップ１２ａの底面に落下し、更に微細になって旋回成分を失ったものは主流Ｍによって下方に運ばれる。
この場合に、開口部１６から吸引された空気により、鍔部１８の裏側に回り込む渦流Ｃおよび遮蔽板１９の裏面１９ａ側の回り込む渦流Ｄ（図４に示す２点鎖線の矢印）が生ずるが、本実施例の遮蔽板１９は、天板１５と傾斜板１７との曲折部の内面、つまり鍔部１８の半径方向の外側に同心円状に形成されているので、傾斜板１７や天板１５の内面に向かって旋回しながら接近する飛沫や、コータカップ１２内の空間を旋回しながら浮遊する飛沫は、主に渦流Ｄによって遮蔽板１９の裏側に運ばれて裏面１９ａに付着し、付着したレジストは滴下して下カップ１２ａの底面から廃液タンク６に導かれる。

このため、渦流Ｃによって鍔部１８に運ばれるレジストの飛沫は、主流Ｍに抗して遮蔽板１９の下方を通過した飛沫のみになり、鍔部１８の裏面１８ａに付着するレジストの量が減少し、そこの形成される氷柱状の堆積物Ｔの成長が抑制される。
このように、本実施例のスピンコータ３のコータカップ１２には、その天板１５と傾斜板１７との曲折部に垂直方向に延在する遮蔽板１９が設けられているので、基板の回転運動に伴って飛散し、上方へ巻き上げられたレジストの飛沫を、遮蔽板１９の裏面１９ａに付着させて、鍔部１８の裏面への付着を抑制することができ、基板２上へのレジストの再付着を防止することができると共に、鍔部１８に形成される基板に近接した氷柱状の堆積物Ｔの成長を遅らせて、レジスト塗布工程における保守期間を延長することができ、保守期間内の塗布工程における処理枚数を増加させて、レジスト塗布工程の製造効率を向上させることができる。

この場合に、遮蔽板１９に氷柱状の堆積物Ｔが形成される場合があるが、本実施例の遮蔽板１９は、基板２の外径端から十分に遠い位置に設けられているので、例え遮蔽板１９に氷柱状の堆積物Ｔが形成され、そこに基板２から飛散したレジストの飛滴が衝突したとしても、反射した飛沫が基板２上に達することはなく、基板２上へのレジストの再付着を防止することができる。

また、本実施例の遮蔽板１９の下端は、基板２の上面より上方に位置しているので、基板２から飛散したレジストの飛滴が、遮蔽板１９に直接衝突することはなく、遮蔽板１９が傾斜板１７の半径方向の内側に設けられていたとしても、基板２上へのレジストの再付着を防止することができる。
以上説明したように、本実施例では、基板を水平に固定して回転させるターンテーブルと、ターンテーブル上の基板の上方に配置され、ターンテーブルと同軸に基板の外径より大きい開口部が形成された円盤状の天板と、天板の半径方向外側の縁部に接続し下方に向かって拡大する円錐状の傾斜板とを有するコータカップとからなるスピンコータに、コータカップの天板と傾斜板との曲折部に、垂直方向の下方に向かって延在する、開口部と同心円状に配置された円筒状の遮蔽板を設けるようにしたことによって、基板の回転運動に伴って飛散し、上方へ巻き上げられたレジストの飛沫を、遮蔽板の裏面に付着させて、基板上へのレジストの再付着を防止することができると共に、基板に近接して形成される氷柱状の堆積物Ｔの成長を抑制して、レジスト塗布工程における保守期間を延長することができ、保守期間内の処理枚数を増加させて、レジスト塗布工程の製造効率を向上させることができる。

なお、上記実施例においては、遮蔽板は、垂直方向の下方に向かって延在させるとして説明したが、垂直方向から半径方向の内側または外側に傾斜させた円錐状に形成するようにしてもよい。
また、上記実施例においては、遮蔽板の設置位置は、上カップの天板と傾斜板との曲折部として説明したが、遮蔽板の設置位置は前記に限らず、上カップの傾斜板または天板の曲折部の近傍に設けるようにしてもよい。要は遮蔽板に形成された氷柱状の堆積物Ｔで反射したレジストの飛沫が、基板上に達しない位置であれば、何れの位置であってもよい。

更に、上記実施例においては、開口部に鍔部を設けるとして説明したが、開口部の強度等に問題がなければ、鍔部を省略するようにしてもよい。

実施例のレジスト塗布装置の断面を示す説明図 実施例のスピンコータの断面を示す説明図 実施例のスピンコータの上面を示す説明図 実施例のスピンコータの作用を示す説明図 従来のスピンコータの氷柱状の堆積物の形成状態を示す説明図

符号の説明

１ レジスト塗布装置
２ 基板
３ スピンコータ
５ ノズル
６ 廃液タンク
７ 廃液配管
８ 掃気配管
１１ ターンテーブル
１２ コータカップ
１２ａ 下カップ
１２ｂ 上カップ
１３、１４、２４ 側板
１５ 天板
１６ 開口部
１７ 傾斜板
１８ 鍔部
１８ａ、１９ａ 裏面
１９ 遮蔽板
２１ 整流板
２２ 頂板
２３ 斜板

Claims (3)

1. 基板を水平に固定して回転させるターンテーブルと、
   前記ターンテーブル上の基板の上方に、前記ターンテーブルと平行に配置され、前記ターンテーブルと同軸に、前記基板の外径より大きい開口部が形成された円盤状の天板と、前記天板の半径方向外側の縁部に接続し、下方に向かって拡大する円錐状の傾斜板とを有するコータカップと、
   前記コータカップの、前記天板と前記傾斜板との曲折部の近傍に、垂直方向の下方に向かって延在する、前記開口部と同心円状に配置された円筒状の遮蔽板と、を備えたことを特徴とするスピンコータ。
2. 請求項１において、
   前記遮蔽板の下端が、前記基板の上面より上方に位置していることを特徴とするスピンコータ。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記天板の前記開口部に、垂直方向の下方に向かって延在する円筒状の鍔部を設けたことを特徴とするスピンコータ。

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