JP2019217494A - コーティング用分配ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、コーティング用分配ノズルを提供する。【解決手段】本発明の分配ノズル（１）は、弁座（１６）と、弁座（１６）と相互作用して分配ノズル（１）のコーティング材料入口（２）とコーティング材料出口（３）との間の接続を閉じる閉位置と、この接続が開いている開位置との間で変位するように適合された弁要素（１４）とを有し、前方位置と後方位置との間で変位するように適合された引き込み要素（２４）をさらに有し、引き込み要素（２４）は、弁要素（１４）の下流の分配ノズル（１）の分配チャネル（１８）と流体連通している。【選択図】図１

Description

本発明は、基板、特にウエハにコーティングを塗布するための分配ノズルに関する。

半導体チップおよびＭＥＭＳを製造するために、処理されるかまたは基板の処理を助けるコーティングを基板（ウエハ）に塗布することが知られている。公差によって、コーティングの厚さが本来あるべき厚さよりも大きくなったり小さくなったりするので、ウエハの表面に正確に所望の量のコーティングを塗布することが重要である。さらに、基板へのコーティングの塗布プロセスが終了した後に、コーティング材料の小滴が分配ノズルから分離するのを防ぐべきである。そのような小滴は、可能な限り平面でなければならないコーティングの表面の著しい乱れをもたらすであろう。

コーティングの塗布が終了した後に、コーティング材料の小滴が分配ノズルから分離するのを防止するための様々な試みがある。広く使用されているアプローチは、コーティング材料を塗布するプロセスを停止した後に一定量のコーティング材料を分配ノズルに“吸い戻す（sucked back）”ことができるように分配ノズルに接続された真空ラインを使用することである。これにより、分配ノズルの出口にいわゆるメニスカスが形成され、そこに小滴が形成されて分配ノズルから外れることを防止する。

この解決法に伴う問題は、前のコーティングステップの終わりにどれだけのコーティング材料を分配ノズルに“吸い戻す”かを適切に制御することができないため、基板に供給されるコーティング材料の量の正確な計量を妨げることである。次のコーティングステップで塗布されるコーティング材料を正確に計量することが困難になる。

本発明の目的は、分配ステップの終了後に、コーティング材料の小滴が意図せずに分配ノズルから分離することを確実に防止しながら、コーティング材料を分配ノズルで計量することができる精度を改善することである。

このために、本発明は、基板にコーティングを塗布するための分配ノズルであって、分配ノズルは、弁座と、弁座と相互作用して分配ノズルのコーティング材料入口とコーティング材料出口との間の接続を閉じる閉位置と、この接続が開いている開位置との間で変位するように適合された弁要素とを有し、前方位置と後方位置との間で変位するように適合された引き込み要素をさらに有し、引き込み要素は、弁要素の下流の分配ノズルの分配チャネルと流体連通しており、引き込み要素は、一方の側で分配チャネルに露出しているダイヤフラムである分配ノズルを提供する。

本発明は、弁座の下流側で一定量の分配材料を機械的に“吸い戻す”引き込み要素を使用するという基本的な考えに基づいている。引き込み要素は、１つの分配ステップの終わりに分配ノズルに吸い込まれるコーティング材料の量を非常に正確に制御することを可能にし、引き込み要素を前方位置に移動することにより、まったく同じ量のコーティング材料を後続の分配ステップに“追加”できるため、後続のコーティングステップでコーティング材料を正確に計量し易くなる。追加の利点は、吸い戻しが分配ノズルの前端近くで達成されることである。これは、正確さに関して問題があり、さらにガス放出の傾向がある材料に関する問題をもたらす遠隔地から吸い戻しが行われる従来技術のアプローチに関連する問題を回避する。ダイヤフラムが引き込み要素として使用されているため、弁要素の分配チャネル側を弁要素の“裏側”から非常に容易にシールすることができる。

一実施形態では、引き込み要素は、分配チャネルの横方向に、特に、分配ノズルのノズル本体内に配置されている。引き込み要素のこの位置は、簡単な設計をもたらす。

代替の実施形態では、引き込み要素は、弁要素内に配置され、分配チャネルと流体接続している。この設計は、２つ以上の分配ノズルが塗布装置上で互いに非常に接近して配置されることができるように、分配ノズルを非常に小さい寸法で形成することを可能にする。

非常にコンパクトな設計は、弁要素をスリーブの形にし、ダイヤフラムを弁要素に固定することによって達成することができる。

コーティング材料に曝されるべきでない分配ノズルの領域をコーティング材料が汚染するのを防止するために、弁要素と分配ノズルのノズル本体との間をシールするシール要素が設けられる。

大きなスペースを必要とせずにダイヤフラムを弁要素に確実に接続するために、シール要素を弁要素にダイヤフラムをその中に締め付けるようにネジ込むことができる。

代替の実施形態では、引き込み要素は、片側で分配チャネルに露出しているピストンである。ピストンが硬いので、分配ノズルに吸い込まれるコーティング材料の量を非常に正確に制御することが可能である。

好ましくは、引き込み要素に動作可能に接続された引き込み制御チャンバが設けられる。引き込み制御チャンバは、引き込み制御チャンバ内の圧力に曝される制御要素の側面に異なるレベルの圧力を加えることによって、引き込み要素を前方位置と後方位置との間で非常に容易に変位させることを可能にする。一例として、第１の（正の）圧力を引き込み制御チャンバに加えると、引き込み要素は前方位置になり、一方、第２の（負またはそれ以下の）圧力に変更すると、引き込み要素は、後方位置に移動し、規定量のコーティング材料が分配ノズルに吸い戻される。本発明による引き込み要素または分配弁の動作を制御するために、真空ラインおよび関連する制御要素および既存の分配弁の制御ロジックを使用し続けることが可能であり得る。

一実施形態によれば、引き込み制御チャンバ内の圧力にさらされる引き込み制御ピストンが提供される。引き込み制御ピストンは、引き込み要素と、例えば、真空ラインとの間の中間要素であり、特に、引き込み要素がダイヤフラムまたは膜である状況において、引き込み要素が正確に制御されることを確実にする。引き込み制御ピストンは、引き込み要素に機械的に接続することができる。

好ましくは、引込み制御ピストンの最大ストロークを調節するために調節可能な引き込み当接部が設けられる。引き込み当接部は、処理中である特定のコーティング材料とは無関係に、“正しい”量のコーティング材料が分配ステップの終わりに吸い戻されるように、分配ノズルに吸い込まれるコーティング材料の量を異なるコーティング材料の特定の特性に調整することを可能にする。

引き込み当接部は、ネジでもよく、またはネジ山を含んでもよく、手動でまたはステッピングモータを使用することによって遠隔的に調整することができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、弁要素に動作可能に接続された分配制御チャンバが提供される。引き込み要素の移動を制御するのと同様に、分配制御チャンバは弁要素の位置と変位を制御するために使用される。これは、弁座に向かって弁要素に作用する力が弁要素を弁座から離れる方向に付勢する力よりも大きいときに、およびその逆のときに、弁要素が弁座に押し付けられるように分配制御チャンバ内の圧力レベルを変えることによって達成できる。

好ましくは、シール要素は、半径方向案内機能が弁要素に提供されるように引込み制御ピストン上で案内される。

好ましくは、引き込み制御ピストンは、ダイヤフラムの突起部にネジ止めされており、これはコンパクトでありながら確実な接続をもたらす。

弁要素についても、弁要素の最大ストロークを調節するために調節可能な分配当接部を設けることができる。これは、開位置にある弁要素の位置を制御するためにその中の圧力レベルが必要ではないので、分配制御チャンバ内の圧力レベルに対して非常に基本的な制御を使用することを可能にする。むしろ、（弁座によって画定される）固定閉位置と分配当接部によって画定される固定（まだ調整可能）開位置との間で弁要素を変位させるために圧力を使用すれば十分である。

分配当接部は、弁要素の開放ストロークが異なるコーティング材料の特定の特性に適合することができるように、回転を並進運動に変換するネジの形態であるか、またはネジ接続を使用することができる。

制御信号に基づいて自動化された方法で分配当接部を調節するための駆動機構（ギアを備えたステッピングモータなど）を設けることができる。

添付の図面を参照しながら本発明を説明する。

分配ノズルの概略断面図を示す。 図１の分配ノズルのコア要素の断面図を示す。 分配ノズルに使用される弁要素を断面図で示す。 図３の弁要素を斜視図で示す。 分配ノズルに使用されるダイヤフラムの断面図を示す。 図５のダイヤフラムを斜視図で示す。 分配ノズルに使用されるシール要素を断面図で示す。 分配ノズルに使用される調節可能な引き込み当接部を断面図で示す。 図８の調節可能な引き込み当接部を斜視図で示す。 コーティング材料が分配されているときの状態における分配ノズルの一部を拡大して示す図である。 分配が遮断された状態の図１０の分配ノズルを示す図である。 コーティング材料の一部が吸い戻された状態の図１０の分配ノズルを示す。

次に、基板上にコーティング材料を塗布するための分配ノズル１について、図１〜図９を参照しながら説明する。分配ノズル１は、半導体チップおよびＭＥＭＳの製造に使用される機械に特に適している。

分配ノズル１は、コーティング材料入口２およびコーティング材料出口３を備えたノズル本体１０を有する。コーティング材料入口２は、チューブまたは他の適切な構成要素を介してコーティング材料の供給源に接続されている。コーティング材料出口３は、ノズルまたは特定のコーティング材料を基板上に塗布するのに適した他の構成の形態であり得る。

ノズル本体１０の内部には、コーティング材料入口２とコーティング材料出口３との間にチャンバ１２が設けられている。チャンバ１２内には、コーティング材料出口３として作用する分配チャネル１８を取り囲むように形成された環状弁座１６と協働することができる弁要素１４が配置されている。

以下では、弁座１６の側面または弁座１６に向かう方向を“前方”と呼び、反対側の側面または方向を“後方”と呼ぶことにする。

弁要素１４は、閉位置と開位置との間で変位することができる。閉位置では、弁要素１４は弁座１６とその前方環状端部と接触する。弁要素１４がノズル本体１０に対してシールされているので（以下に詳細に説明する）、分配ノズル１のコーティング材料入口２とコーティング材料出口３との間の接続は、弁要素１４のこの位置で閉じられる。開位置では、弁要素１４は弁座１６から（制御可能に）離間しているので、コーティング材料入口２とコーティング材料出口３との間の流体接続は開放されている。この場合、分配チャネル１８を介して分配ノズル１で分配されるコーティング材料の量は、コーティング材料が供給される圧力、コーティング材料の粘度、およびそれが弁座１６から持ち上げられる弁要素１４のストロークに依存する。

弁要素１４は、弁座１６と接触するように適合されているテーパして丸みを帯びた端面前方端面２０を有する中空スリーブ（特に、図３および図４参照）である。

その内部において、弁要素１４は、弁要素１４の前方部分に配置されたダイヤフラム２４用の当接部２２（特に、図５および図６参照）を有する。当接部２２の後方（端面２０から見たとき）、弁要素１４は、雌ネジ２６を有する。

ダイヤフラム２４は皿状の前方膜２８と膜２８の中心に接続された円筒形の突起部３０とを有する。突起部３０の外面にはネジ山３２が形成されている。

ダイヤフラム２４は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）から形成されている。しかしながら、他の材料も同様に使用することができる。

ここで、膜２８と突起部３０は、一体に形成されている。しかしながら、突起部３０を別個の部品として形成し、それを次に膜２８に接続することも可能である。

ダイヤフラム２４は、スリーブ状の弁要素１４に形成された当接部２２に対して膜２８の外周を締め付けることによって弁要素１４の内部に取り付けられている。そのために、シール要素３４（図７参照）が使用される。

シール要素３４は、その前端部に案内スリーブ３６を有し、その後端部にシールベローズ３８を有する中空のほぼスリーブ状の本体である。

案内スリーブ３６は、ダイヤフラム２４の膜２８のための支持面を形成する内向きにテーパしている端面４０を有している。その外面上には、外側のネジ山３７が形成されている。

その後端において、案内スリーブ３６は、外側のネジ山４４を備えた制御突起部４２を有する。

案内スリーブ３６および制御突起部４２は、ここでは連続的な円筒形案内面４６を形成する。

シールベローズ３８には、それをノズル本体１０に締め付けるために使用される環状接続補強材４８が設けられている。

シール要素３４は、ダイヤフラム２４と同じ材料、特に、ＰＴＦＥから形成することができる。しかしながら、他の材料も同様に使用することができる。

案内スリーブ３６をそのネジ山３７で弁要素１４のネジ山２６にネジ込むことによって、膜２８の外周は当接部２２に対して締め付けられる。突起部３０は、弁要素１４の内部空間内に突出する。

シールベローズ３８の環状接続補強部４８は、ノズル本体１０の２つの部分の間で緊密に締め付けられ、それによって、弁要素１４がコーティング材料入口２と弁座１６の“間”に配置されるようにチャンバ１２をシールする。ダイヤフラム２４は、チャンバ１２と弁要素１４の内部との間をシールする。

弁要素１４の変位は、ノズル本体１０内に形成された分配制御チャンバ５２内に配置された分配制御ピストン５０によって制御される。

分配制御ピストン５０は、前方にシール要素３４の制御突起部４２に形成された外側のネジ山４４に螺合する内側のネジ山を有する接続突起部５１を有する。したがって、分配制御ピストン５０の軸方向変位は、シール要素３４を介して弁要素１４に伝達される。分配制御ピストン５０がノズル本体１０内で案内されると、それは、弁要素１４に案内効果をもたらす。

分配制御チャンバ５２内の分配制御ピストン５０の変位は、チャンバ５２内の圧力を変えることによって制御することができる。このために、圧力接続部５４が設けられている（図１参照）。ばね５６が、圧力接続部５４が配置されている側とは反対側の分配制御ピストン５０の側の分配制御チャンバ５２に配置されている。

弁座１６から弁要素１４を持ち上げる方向（後方）への分配制御ピストン５０の最大変位を制御するために、調節可能な分配当接部５８が設けられている。分配当接部５８は、分配制御チャンバ５２内に延びるネジから形成される。分配当接部５８を分配制御チャンバ５２内に多少ネジ込むことによって、分配制御ピストン５０の最大ストロークを調整することができる。

図２に見られるように、分配当接部５８は、案内機能を達成するために分配制御ピストン５０上に形成された突起部と相互作用するように中空に形成することができる。

公知の方法では、シール６０を用いて分配制御室５２およびノズル本体１０に対してピストン５０をシールすることができる。

分配制御ピストン５０は中空に形成されており、その結果、その中に引き込み制御チャンバ６２が形成されている。引き込み制御チャンバ６２内には、引き込み制御ピストン６４が配置されている。それは、その前端部に雌ネジ６８を有するチャンバを有する突起部６６を備えている。ネジ山６８は、ダイヤフラム２４のネジ山３２にネジ込まれている。

引き込み制御ピストン６２を用いて、ダイヤフラム２４の膜２８を前方位置と後方位置との間で変位させることができる。弁要素１４が閉位置にあるとき、膜２８は分配チャネル１８の決定された体積の境界の１つとして働くので、膜２８を引っ込めると、分配チャネル１８の体積が増加し、それにより、膜２８が引き込まれているときに小容量のコーティング材料が分配チャネル１８内に引っ込められる。ダイヤフラム２４の膜２８がコーティング材料に及ぼす引き込み効果のために、ダイヤフラム２４は引き込み要素と呼ばれる。

引き込み制御チャンバ６２内の引き込み制御ピストン６４の変位は、引き込み制御チャンバ６２内の圧力を変えることによって制御される。このために、圧力接続部６９が設けられている（図１および図２を参照されたい）。ばね７０は、圧力接続部６９が配置されている側とは反対側の引き込み制御ピストン６４の側の引き込み制御チャンバ６２内に配置されている。

圧力接続部６９は、ここでは分配制御ピストン５０の後部に形成された雌ネジ７６に雄ネジ７４と係合する中空の調整ネジとして具体化されている引き込み当接部７２内に形成することができる。したがって、引き込み当接部７２は、弁要素１４が変位しているときに分配制御ピストン５０と一緒に移動する。

引き込み制御ピストン６４は、引き込み当接部７２に当接するまで後方に（弁座１６から離れるように）変位させることができる。対応するストロークは、引き込み当接部７２を分配制御ピストン５０の後部に多少ネジ込むことによって調整することができる。

コーティング材料を分配するためには、ばね５６の力が克服され分配制御ピストン５０が後方に動かされる程度まで分配制御チャンバ５２内の圧力を増加させることによって弁要素１４を開放状態にする。したがって、分配制御ピストン５０は、シール要素３４を介して弁要素１４を弁座１６から持ち上げる。図１０に示すこの状態では、コーティング材料入口２を介して供給されるコーティング材料は、チャンバ１２を通って流れ、分配チャネル１８通って出る。

コーティング材料が分配されているとき、ダイヤフラム２４は前方位置にある。これは、引き込み制御チャンバ６２内の圧力を適切に制御することによって行われる。

コーティング材料の流れを止めるときには、分配制御チャンバ５２内の圧力を下げて、ばね５６の効果によって、また場合によっては分配制御チャンバ５２に印加される圧力レベルによって、弁要素１４が弁座１６に当接するまで、分配制御ピストン５０が前方に移動する。次いで、コーティング材料の流れが停止される。この状態は、図１１に示されている。

コーティング材料が分配ノズル１の前方端部から落下するのを防止するために、少量のコーティング材料が分配チャネル１８内に吸い戻される。これは、引き込み要素２４を図１２に示す前方位置から後方位置に移動させることによって達成される。弁要素１４が弁座１６に接触すると、引き込み要素２４（より具体的には：膜２８の）の変位は、弁座１６の“下流”にあるコーティング材料にのみ影響を与える。したがって、弁要素１４の前方端部に吸い戻される容積は、分配チャネル１８の出口端部に形成される小さなメニスカスをもたらし、そして、コーティング材料が分配ノズル１からコーティングされるべき基板上に落下することはない。

Claims (14)

1. 基板にコーティングを塗布するための分配ノズル（１）であって、
   前記分配ノズル（１）は、
   弁座（１６）と、
   前記弁座（１６）と相互作用して前記分配ノズル（１）のコーティング材料入口（２）とコーティング材料出口（３）との間の接続を閉じる閉位置と、この接続が開いている開位置との間で変位するように適合された弁要素（１４）とを有し、
   前方位置と後方位置との間で変位するように適合された引き込み要素（２４）をさらに有し、
   前記引き込み要素（２４）は、前記弁要素（１４）の下流の前記分配ノズル（１）の分配チャネル（１８）と流体連通しており、前記引き込み要素（２４）は、一方の側で前記分配チャネル（１８）に露出しているダイヤフラムである
   分配ノズル。
2. 前記引き込み要素（２４）は、特に、前記分配ノズル（１）のノズル本体（１０）内で、前記分配チャネル（１８）の側方に配置されている請求項１に記載の分配ノズル（１）。
3. 前記引き込み要素（２４）は、前記弁要素（１４）内に配置され、前記分配チャネル（１８）と流体接続している請求項１に記載の分配ノズル（１）。
4. 前記弁要素（１４）は、スリーブであり、前記ダイアフラム（２４）は、前記弁要素（１４）にクランプされている請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の分配ノズル（１）。
5. 前記弁要素（１４）と前記分配ノズル（１）の前記ノズル本体（１０）との間をシールするシール要素（３４）が設けられている請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の分配ノズル。
6. 前記シール要素（３４）は、前記弁要素（１４）にネジ込まれ、前記ダイアフラム（２４）をその中にクランプしている請求項５に記載の分配ノズル（１）。
7. 前記引き込み要素（２４）は、一方の側で前記分配チャネル（１８）に露出しているピストンである請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の分配ノズル（１）。
8. 前記引き込み要素（２４）に動作可能に接続された引き込み制御チャンバ（６２）が設けられている請求項１ないし７のうちいずれか１項に記載の分配ノズル（１）。
9. 前記引き込み制御チャンバ（６２）内の圧力に曝される引き込み制御ピストン（６４）が設けられている請求項８に記載の分配ノズル（１）。
10. 前記引き込み制御ピストン（６４）の最大ストロークを調整するために、調整可能な引き込み当接部（７２）が設けられている請求項９に記載の分配ノズル（１）。
11. 前記シール要素（３４）は、前記引き込み制御ピストン（６４）上で案内される請求項６と組み合わせた請求項９または１０に記載の分配ノズル（１）。
12. 前記引き込み制御ピストン（６４）は、前記ダイアフラム（２４）の突起部（３０）にネジ込まれている請求項１１に記載の分配ノズル（１）。
13. 前記弁要素（１４）に動作可能に接続される分配制御チャンバ（５２）が設けられている請求項１ないし１２のうちいずれか１項に記載の分配ノズル（１）。
14. 前記弁要素（１４）の最大ストロークを調整するために、調整可能な分配当接部（５８）が設けられている請求項１３に記載の分配ノズル（１）。

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