JP2013171929A - 回転塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スピンカップ内壁に付着した塗布液の乾燥・固化を防止し、塗布液の乾燥結晶片あるいは粉末の堆積を防ぐことで、塗布液の乾燥結晶片あるいは粉末が基板に付着して不良となることを防ぐ。
【解決手段】基板Ｓを固定して回転させる回転部と、基板に塗布液を供給するノズルＮと、回転部に固定された基板を包囲するスピンカップ５と、を有する回転塗布装置１であって、スピンカップの内壁面の少なくとも一部が多孔質層５ａから構成されており、多孔質層に洗浄液を供給する洗浄液供給手段９を備え、洗浄液供給手段から供給された洗浄液を多孔質層から染み出させて、スピンカップの内壁面に洗浄液の皮膜を形成することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば半導体ウェハー等の被処理基板（以下、「基板」と記載）上にフォトレジストや現像液をスピンコートし、あるいは化学溶液法にて基板上に機能性薄膜となる塗布液をスピンコートするための回転塗布装置に関し、更に詳しくは、スピンコートプロセス中に基板から飛散する塗布液並びに塗布液の乾燥固化物にて汚染されたスピンカップ内壁面を洗浄するカップ洗浄機構を有する回転塗布装置に関する。

例えばフォトレジストや現像液、あるいは化学溶液法にて機能性薄膜となる前駆体液等の塗布液を基板上に滴下して基板を高速回転させ、その遠心力により塗布液を基板の外周部まで広げた後、余分の塗布液を振り切ることによって均一な薄膜を形成する方法は、スピンコート法として良く知られている。
またスピンコート法にて薄膜の成膜を行う装置は、一般にスピナーあるいはスピンコーターと呼ばれる回転塗布装置であり、鉛直方向に配置される回転軸上端にチャック機構を設けたスピンテーブル上に基板を水平に保持し、これを回転させることで均一な薄膜を形成する。
さらに回転塗布装置には、基板の周囲を囲むように円筒形のスピンカップを設けることが一般的であり、スピンコートプロセス中に振り切られて基板周囲から飛散する余分な塗布液の飛沫をスピンカップ内壁に付着させることによって、装置周辺の汚染を防止している。
しかし、従来のスピンコート法では、余分な塗布液が振り切られた後、振り切られた塗布液はカップ内壁に付着して乾燥・固化する。そして塗布液が乾燥・固化した結晶片、あるいは粉末が堆積すると振動などの影響で内壁から剥がれやすくなり、場合によっては結晶片あるいは粉末が基板に再付着して製品不良となる問題があった。そのため、塗布液が乾燥・固化した結晶片あるいは粉末が堆積するのを防ぐために、カップ内壁の洗浄を頻繁に行う必要がある。この洗浄作業は塗布液が乾燥する前に行うのが効率良いが、特に乾燥が早い塗布液の場合は乾燥前の洗浄が難しかった。

そこで特許文献１には、カップ内壁を洗浄する目的でカップ内壁上部に環状の内周面洗浄管を設け、その内周面洗浄管に多数の洗浄液吐出孔を内壁の上部内面に向けて開口させ、内壁に沿ってその開口から洗浄液を流す構成が開示されている。また、基板の下に位置する整流傾斜板に環状の傾斜板洗浄管を設け、傾斜面洗浄管に多数の洗浄液吐出孔を整流傾斜面の上方寄りに臨ませて開口させる構成も開示されている。
しかし、洗浄管の吐出孔から洗浄液を流す構成では、洗浄液は一度通った経路を通りやすく、内壁全面を洗浄することが難しいという問題点がある。

また特許文献２では、スピンカップに回転機構を付与すると同時にスピンカップ内壁面を洗浄するスプレーノズルを具備し、スピンカップを回転させながら内壁面に洗浄液を吹き付けて洗浄する構成を開示している。
しかし、前記の様なスプレー洗浄を行う構成では、スピンカップの最内周部に洗浄液を吹き付けると、吹き付けられた洗浄液がスピンテーブル上に跳ね返り、基板のチャック不良の原因となる為、またスピンカップ最内周部内壁面に付着した洗浄液が基板上に滴り落ちて製品不良の原因となる為、スピンカップの最内周部まで洗浄液を吹き付けて内壁面を洗浄する操作を行うことができない。
その結果、基板に最も近いスピンカップ最内周部分に塗布液が付着、乾燥・固化した結晶片あるいは粉末が堆積し、それが基板上に落下することによって不良の原因となる。

さらに特許文献３では、有機溶剤を用いない洗浄方法に関する提案がなされているが、これを適用するには、使用する塗布液の性状が制約される。

また、特許文献４では、基板の塗布膜形成面と水平な位置並びにこれと平行な面に複数配置した飛散防止板によってミストの発生を防止しようとしているが、これら飛散防止板に付着し、乾燥・固化・堆積した塗布液の結晶片あるいは粉末と振りきりによって飛散した塗布液滴との衝突により発生するミストの対策がなされていないため、不良の発生を抑えきることができない。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、スピンカップ内壁に付着した塗布液の乾燥・固化を防止し、塗布液の乾燥結晶片あるいは粉末の堆積を防ぐことで、塗布液の乾燥結晶片あるいは粉末が基板に付着して製品不良となることを防ぐことを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、基板を固定して回転させる回転部と、前記基板に塗布液を供給するノズルと、前記回転部に固定された前記基板を包囲するスピンカップと、を有する回転塗布装置であって、前記スピンカップの内壁面の少なくとも一部が多孔質層から構成されており、該多孔質層に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を備え、該洗浄液供給手段から供給された前記洗浄液を前記多孔質層から染み出させて、前記スピンカップの内壁面に前記洗浄液の皮膜を形成することを特徴とする。

本発明によれば、スピンカップの内壁面を常時洗浄液の膜で被うことにより、スピンカップ内壁に付着した塗布液の乾燥・固化を防止し、塗布液の乾燥結晶片あるいは粉末の堆積を防ぐので、回転塗布装置内部に堆積した塗布液の乾燥結晶片あるいは粉末が塗布プロセス中の基板に付着して不良となる不具合を回避することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る回転塗布装置の断面図である。

以下に本発明を実施形体に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る回転塗布装置の断面図である。この回転塗布装置１は、成膜対象物である基板Ｓを吸着させるスピンテーブル３と、スピンテーブル３を回転させる回転軸２と，基板Ｓに塗布液を供給するノズルＮと、スピンテーブル３に吸着された基板Ｓの周囲（少なくとも基板Ｓの外周部分）を包囲するスピンカップ５と、スピンテーブル３に吸着された基板Ｓの下方に配置されて基板Ｓから流れ落ちた余剰の塗布液等を受け止めるスピンカップ下面プレート６と、スピンカップ５とスピンカップ下面プレート６の内壁面を滴下した余剰の塗布液や洗浄液の廃液等を回転塗布装置１外に排出する開口部４と、を備えている。なお、内壁面とは、基板Ｓが配置された空間側に位置する壁面を指す。

スピンテーブル３と回転軸２は、回転塗布装置１の回転部を構成する。
スピンカップ５は、略鉛直方向に配置された回転軸２の回転により高速回転する基板Ｓに対してノズルＮから滴下された塗布液のうち、遠心力によって基板Ｓから飛散した余剰分の塗布液（微小液滴：ミスト）を受け止めて、開口部４に向けて流下させる。すなわち、スピンカップ５は余剰の塗布液が回転塗布装置１の外部に飛散することを防止する。
スピンカップ下面プレート６は、基板Ｓから流れ落ちた余剰の塗布液や基板Ｓの裏面を洗浄したバックリンス液を受け止めて開口部４に向けて流下させる。

また、開口部４からは、高速回転させた基板Ｓに塗布液を滴下したときに飛散する余分な塗布液の微小液滴（ミスト）を吸引する際に発生する排気も排出される。
さらに本発明による構成では、スピンカップ５とスピンカップ下面プレート６は、それぞれの内壁面の少なくとも一部が、多孔質層５ａ、６ａと、スピンカップ５又はスピンカップ下面プレート６のそれぞれの構造体である殻５ｂ、６ｂと、を有する多層構造となっている。さらに多孔質層５ａ、６ａと殻５ｂ、６ｂとの間には、洗浄液が流れる洗浄液流路５ｃ、６ｃが形成されている。
殻５ｂ、６ｂは、洗浄液を通過させない素材から構成されており、洗浄液を注入する際の圧力に耐える強度を有している。

図１中、洗浄液は、夫々スピンカップ５とスピンカップ下面プレート６の下方から注入される構成であるが、洗浄液の注入箇所に特に限定はない。例えば、洗浄液を夫々スピンカップ５とスピンカップ下面プレート６の上方から注入しても良いし、殻５ｂ、６ｂの適所に設けた穴から注入するようにしても良い。
なお、多孔質層５ａ、６ａは、平均気孔径が１〜３μｍ、より好ましくは気孔径およそ１μｍで、平均気孔率が４０〜６０％、より好ましくは平均気孔率４０％程度の多孔質セラミックを用いて形成されている。セラミックの材質は、使用する塗布液との反応性あるいは密着性を考慮して選択されるが、アルミナ系のセラミックが好ましい。

さらに洗浄液流路５ｃ、６ｃには、図示しないポートを介して洗浄液配管７（７ａ、７ｂ）が接続され、その先には洗浄液を収納した洗浄液タンク９が接続されている。洗浄液は、成膜に使用される塗布液を希釈し、又は乾燥した塗布液（又は塗布液の固化物）を溶解可能な液体（溶媒）である。
洗浄液は、供給量（注入量）及び供給圧力（注入圧力）を変更可能なポンプＰによって、洗浄液タンク９からそれぞれ洗浄液配管７ａ、７ｂ、洗浄液流路５ｃ、６ｃを介して多孔質層５ａ、６ａに供給される。なお、ポンプＰの代わりに、洗浄液を加圧タンクに収容し、この加圧タンクから圧送して供給する方式を用いてもよい。
なお、洗浄液配管７、洗浄液タンク９、及びポンプＰは、洗浄液供給手段を構成する。また、ポンプＰは、注入量可変機構を構成する。

回転塗布装置１の動作は、制御部１０にて制御される。制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理を実行するプログラム等を記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、データ等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されている。制御部１０は、回転塗布装置１の各部と電気的に接続されており、回転軸２を回転させるモータ（不図示）の駆動制御、ノズルＮからの塗布液の滴下制御、多孔質層５ａ、６ａへの洗浄液の供給量等の制御等を成膜プロセスに応じて行う。

前記のような本発明の構成による回転塗布装置１を使用した成膜プロセスについて以下に記載する。
まず成膜プロセス開始前にスピンカップ５とスピンカップ下面プレート６それぞれの洗浄液流路５ｃ、６ｃに洗浄液配管７とを介して洗浄液タンク９から洗浄液を注入し、ポンプＰによって所定の圧力にて洗浄液を加圧する。すると、洗浄液は圧力と毛細管現象により多孔質層５ａ、６ａ全体に広がり、多孔質層５ａ、６ａの表面上の多数の孔から表面に染み出し、スピンカップ５とスピンカップ下面プレート６の内壁面に洗浄液の皮膜を形成する。
この状態でスピンテーブル３にセットされた基板Ｓ上に塗布液を滴下して基板Ｓを高速回転させ、その遠心力により塗布液を基板Ｓの外周部まで広げた後、余分の塗布液を振り切ることによって均一な薄膜を形成する。その際、高速回転によって周囲に飛散した塗布液の一部は、微小な液滴（ミスト）となり、図示しないブロアーによって開口部４から空気と共に吸引、装置外部に排気される。

また周囲に飛散した塗布液の別の一部は、スピンカップ５並びにスピンカップ下面プレート６それぞれの内壁面、つまり多孔質層５ａ、６ａ表面に付着する。これら表面には、前記のように常時洗浄液が皮膜された状態にあるため、付着した塗布液は乾燥・固化することなく、時間と共に徐々に開口部４へ向かって流動し、最終的に装置外の図示しない廃液タンクに回収される。
その結果、基板Ｓから振り切られた余分の塗布液が乾燥・固化して結晶片あるいは粉末が装置内に堆積し、堆積した結晶片あるいは粉末が何らかのきっかけによって塗布プロセス中の基板Ｓ上に付着し、製品不良となる不具合を回避できる。

またこの方法は、前記のようにスピンカップ５内壁面に洗浄液の皮膜を常時形成することにより、内壁面に付着した塗布液の乾燥・固化を防ぐ操作であり、前記公知技術に述べられているような「付着した塗布液を洗い流す」操作と比較すると、使用する洗浄液をごく少なくすることが可能となる。
さらに図１に示した本発明の回転塗布装置１の構成では、スピンカップ５内壁面の最も内周側、言い換えると最も基板Ｓと近い部分にまで多孔質層５ａを張り巡らしている。つまり前記の公知技術に述べられた洗浄方法では洗浄操作を行い難い最内周部分、つまり言い換えると最も基板Ｓと近く、付着した洗浄液の乾燥・固化した結晶片あるいは粉末が不良の原因になり易い部分にまで洗浄液の皮膜を形成させ、同部分に付着した塗布液の乾燥・固化とそれに起因する基板上への不良発生を回避できる。

なお、本発明の効果は、多孔質層５ａを図１の様にスピンカップ５内壁面全面に張り巡らせるのでなく、塗布プロセス時の振り切り動作で飛散した塗布液が最も付着しやすい内壁面の部位、より具体的には基板Ｓの薄膜塗布面とほぼ等しい高さ位置にある内壁面近傍にのみ多孔質層５ａを巡らし、同部分に洗浄液皮膜を形成させるだけでも大きな効果が得られる。しかし、図１の様にスピンカップ５内壁面全面に張り巡らせる方がより好ましい効果が得られることは言うまでも無い。

続いて本発明では、多孔質層５ａ、６ａに染み出した洗浄液を使用して前記のように内壁面に付着した塗布液の乾燥・固化を防止するだけでなく、定期的にスピンカップ５内壁面並びにスピンカップ下面プレート６表面を洗浄する操作を行っている。
つまり、洗浄液流路５ｃ、６ｃに注入する洗浄液の量と注入圧力を大きくすることによって、内壁面表面に洗浄液膜を形成する以上の洗浄液を染み出させることによって、内壁面表面に付着した塗布液を積極的に洗い流す。この操作を定期的に行うことによって、装置内部の清浄性を保つと共に多孔質層５ａ、６ａの目詰まりを防止し、付着した塗布液の乾燥・固化を防止することで基板上への不良発生を回避する本発明の効果を長く保持することが可能となる。

本発明による回転塗布装置１を用いてシリコンウェハ基板上に塗布液を塗布した後、このシリコンウェハ基板を焼成することにより、（ＰＺＴ膜等の）強誘電薄膜が成膜されたウェハー基板を作成することができる。また、この強誘電薄膜が成膜されたシリコンウェハ基板を半導体プロセスにより加工することでＭＥＭＳ、インクジェットヘッド等のアクチュエータ機能を持った電子素子、或いは焦電センサ等のセンサ機能を有する電子素子（機能性素子）を形成することができる。さらに、これらの素子を使用することにより、インクジェットプリンタや、ＭＥＭＳミラー素子を使用して製造されたプロジェクタ、或いは、焦電センサを使用した光スイッチ等の装置を製造することができる。
上述のように、本発明による回転塗布装置１においては基板上への不良発生を回避することができるので、スピンコートプロセス中に生じる不良が抑えられたウェハー基板を作成することができる。そして、このウェハー基板を用いて上記各種の機能性素子、さらにこの機能性素子を使用して様々な装置を製造すると、不良の少ない素子及び装置を高い歩留まりで製造することが可能となる。

１…回転塗布装置、２…回転軸、３…スピンテーブル、４…開口部、５…スピンカップ、５ａ…多孔質層、５ｂ…殻、５ｃ…洗浄液流路、６…スピンカップ下面プレート、６ａ…多孔質層、６ｂ…殻、６ｃ…洗浄液流路、７…洗浄液配管、９…洗浄液タンク、１０…制御部、Ｎ…ノズル、Ｓ…基板、Ｐ…ポンプ

実公平０６−０２８２２３号公報 特開２００２−１４３７４９号公報 特開２００２−２０５０２１号公報 特開２００４−３３００７３号公報

Claims (3)

1. 基板を固定して回転させる回転部と、前記基板に塗布液を供給するノズルと、前記回転部に固定された前記基板を包囲するスピンカップと、を有する回転塗布装置であって、
   前記スピンカップの内壁面の少なくとも一部が多孔質層から構成されており、
   該多孔質層に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を備え、
   該洗浄液供給手段から供給された前記洗浄液を前記多孔質層から染み出させて、前記スピンカップの内壁面に前記洗浄液の皮膜を形成することを特徴とする回転塗布装置。
2. 前記洗浄液供給手段から供給された前記洗浄液を前記多孔質層から流下させることにより、前記スピンカップ内壁面を洗浄することを特徴とする請求項１に記載の回転塗布装置。
3. 前記洗浄液供給手段は、前記多孔質層への前記洗浄液の注入量及び注入圧力を変化させる注入量可変機構を備え、
   該注入量可変機構により前記多孔質層への前記洗浄液の注入量及び注入圧力を変化させることにより、前記多孔質層から染み出る前記洗浄液の量を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転塗布装置。

Images