JP3657867B2 - 液体材料塗布装置および液体材料塗布方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体材料塗布装置および液体材料塗布工程における有機汚染防止方法に係り、特に、半導体ウェハ等に薄膜を形成する装置として好適な液体材料塗布装置、および半導体ウェハ等に高い歩留まりで薄膜を形成するうえで有効な有機汚染防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置や液晶装置の製造工程では、液体材料を回転塗布して薄膜を形成する液体材料塗布装置が用いられている。液体材料塗布装置は、半導体ウェハなどの基板上に液体材料を回転塗布し、その後液体材料に含まれている有機溶剤を揮発させることにより薄膜を形成する。
【０００３】
近年では、このような液体材料塗布装置に基板を搬入する際に、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）やＳＭＩＦ（Standard Mechanical Inter Face）などのポッドが使用されるようになっている。ＦＯＵＰやＳＭＩＦによれば、複数の基板をクリーンルームなどの外部環境から遮断した状態で液体材料塗布装置内に搬入し、また、それらの基板を外部環境に触れさせることなく液体材料塗布装置から搬出することができる。このため、ＦＯＵＰやＳＭＩＦなどのポッドを用いると、半導体装置の高集積化に対応し、かつ、その歩留まりを高めることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＯＵＰやＳＭＩＦなどに収納された状態で液体材料塗布装置内に搬入された基板は、装置の内部で一枚づつ取り出されて薄膜形成処理に付される。そして、処理済みの基板（以下、「薄膜付き基板」と称す）は、薄膜に含まれる有機溶剤が完全には揮発していない状態でポッドの中に収納される。このため、ポッドの内部では、比較的高い濃度で有機溶剤のガスが発生する。
【０００５】
薄膜付き基板がポッドに収納される時点で、ポッドの内部には、未だ薄膜形成処理に付されていない基板が存在する。ポッドの内部で発生する有機溶剤のガスは、それらの未処理基板の表面に付着して、基板の有機汚染を引き起こす。このような有機汚染の生じた基板上に薄膜を形成すると、薄膜と基板との境界部、或いは薄膜の内部に異物組成異常が形成され易い。このように、ＦＯＵＰやＳＭＩＦを用いた従来の手法は、基板の有機汚染に起因する異常を生じさせ易いという問題を有していた。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ＦＯＵＰやＳＭＩＦなどのポッドに収納された状態で搬入される基板が有機汚染されるのを防止することのできる液体材料塗布装置を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、ＦＯＵＰやＳＭＩＦなどのポッドに収納された状態で搬入される基板が有機汚染されるのを防止するための有機汚染防止方法を提供することを第２の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、複数の基板を外部環境から遮断した状態で収納することのできるポッドを用いて前記基板の搬入出を行う液体材料塗布装置であって、
前記ポッドを格納するための搬入出領域と、
有機溶剤を含有する液体材料を使って前記基板の表面に薄膜を形成するための処理領域と、
単一のポッドに収納される全ての基板を保管することのできる基板収納ユニットと、
前記基板収納ユニットの内部に保管される基板の周囲に清浄な空気または不活性ガスを流通させる空気清浄機と、
前記処理領域で処理された処理済み基板を前記基板収納ユニット内に搬送し、また、単一のポッドから取り出された全ての基板が処理済み基板とされた段階で、前記全ての基板を順次または一括して、未処理基板が収納されていないポッドに収納する搬送装置と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の液体材料塗布装置であって、前記搬送装置は、ポッド内の全ての未処理基板を前記基板収納ユニットに移送して前記ポッドを空にし、また、前記基板収納ユニットに移送された前記未処理基板を、前記処理領域に搬送することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、有機溶剤を含有する液体材料を基板上に塗布する工程中に、未処理基板が有機汚染されるのを防止する液体材料塗布方法であって、
ポッドに収納された複数の基板を液体材料塗布装置の中に搬入する第１ステップと、
前記ポッドから基板を取り出す第２ステップと、
前記ポッドから取り出された基板の表面に前記液体材料を用いて薄膜を形成する第３ステップと、
単一のポッドに収納される全ての基板を保管することができ、かつ、その内部に保管される基板の周囲に清浄な空気または不活性ガスを流通させることのできる基板収納ユニット内に、表面に薄膜が形成された処理済み基板を搬入する第４ステップと、
単一のポッドから取り出された全ての基板が処理済み基板とされた段階で、前記全ての基板を順次または一括して、未処理基板が収納されていないポッドに収納する第５ステップと、
を含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の液体材料塗布方法であって、前記第２ステップは、ポッド内の全ての未処理基板を前記基板収納ユニットに移送して前記ポッドを空にするステップを含み、
前記第３ステップは、前記基板収納ユニットに移送された前記未処理基板に順次薄膜を形成するステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の液体材料塗布装置の平面透視図を示す。本実施形態の液体材料塗布装置は、半導体装置の層間絶縁膜の形成、或いは液晶装置の有機薄膜の形成などに適した装置である。液体材料塗布装置によれば、例えば、プラズマＣＶＤや熱ＣＶＤにより形成される層間絶縁膜に比して、平坦性や埋め込み性に優れた層間絶縁膜を形成することができる。
【００１３】
液体材料塗布装置の内部には、基板の搬入出領域１０、基板の待機領域１２、および基板の処理領域１４が設けられている。それらの領域は、外壁１６によりクリーンルームなどの外部環境から遮断されている。搬入出領域１０には、液体材料塗布装置の外部からＦＯＵＰやＳＭＩＦなどのポッド１８を搬入することができる。ポッド１８の中には、クリーンルームなどの外部環境から遮断された状態で、複数の基板が収納されている。
【００１４】
待機領域１２には、ポッド１８の中の基板を搬入出するための第１搬送装置２０が設置されている。第１搬送装置２０の傍らには、基板収納ユニット２２が設けられている。基板収納ユニット２２は、一つのポッド１８に収納されている全ての基板を一時的に収納するための保管スペース２４と空気清浄機２６とを備えている。複数の基板は、保管スペース２４の内部に、所定の間隔を空けて互いに平行に収納される。空気清浄機２６は、ＨＥＰＡフィルターなどで清浄化された空気、或いは窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを、保管スペース２４内の基板と平行な方向に流通させることができる。
【００１５】
処理領域１４には、第１冷却板２８、塗布処理部３０、第１乃至第３熱処理板３２，３４，３６、および第２冷却板３８が設置されていると共に、処理領域１４内で基板を搬送するための第２搬送装置４０が設けられている。待機領域１２に一時的に保管されている基板は、第１および第２搬送装置２０，４０によって一枚づつ処理領域１４に搬入され、第１冷却板２８の上で適温に冷却された後、塗布処理部３０内に運ばれる。
【００１６】
塗布処理部３０は、基板を吸着保持する回転機構と、基板上に液体材料を塗布する機構とを備えており、５００〜５０００ｒｐｍ程度の速度で基板を回転させながらその表面に液体材料を塗布する。基板が回転していることにより、塗布された液体材料が薄膜状に広げられ、更に、その過剰分が基板上から排除される。基板の前面に拡張された液体材料中からある程度有機溶剤が気化することにより、基板上に薄膜が形成される。
【００１７】
塗布処理部３０において処理された基板は、第２搬送装置４０によって、順次第１乃至第３熱処理板３２，３４，３６の上に搬送され、段階的に１００〜３５０℃程度の熱処理に付される。これらの熱処理は、薄膜中の有機溶剤を揮発させ、更に、薄膜を予備的に熱硬化させることにより、薄膜を安定化させることを目的として行われる。
【００１８】
第３熱処理板３６によって処理された基板、すなわち、処理済み基板は、第２冷却板３８の上で適温に冷却された後、処理領域１４から搬出され、第１搬送装置２０によってポッド１８の中に格納される。
【００１９】
塗布処理部３０で形成された薄膜に対しては、液体材料塗布装置の外部で最終的な硬化処理が加えられる。従って、第３熱処理板３で処理された段階、すなわち、処理領域１４から搬出される段階では、薄膜中にある程度の有機溶剤が残存している。このため、ポッド１８の中に未処理基板が存在していると、処理済み基板から発せられるガス状の有機溶剤が未処理基板に付着することがある。
【００２０】
上述の如く、本実施形態では、ポッド１８内の全ての基板が基板収納ユニット２２に移送された後に薄膜形成処理が開始される。このため、処理済み基板がポッド１８に搬入される時点でポッド１８の中に未処理基板は存在していない。従って、本実施形態の液体材料塗布装置によれば、処理済み基板から有機溶剤のガスが発生しても、その影響で未処理基板の有機汚染が生ずることはない。
【００２１】
図２は、本実施形態の液体材料塗布装置の効果を説明するための図を示す。図２において、横軸は時間を、また、縦軸は薄膜形成処理の後に異常の認められたサンプル数を示す。図２において、■を結ぶ折れ線は、ポッド１８内で未処理基板が有機溶剤ガスに晒される時間と異常数との関係を、また、△を結ぶ折れ線は、未処理基板が基板収納ユニット２２内に保持される時間と異常数との関係をそれぞれ表している。
【００２２】
図２に示すように、未処理基板がポッド１８内で有機溶剤ガスに晒される場合は、時間の経過と共に異常数が増加する。これに対して、未処理基板が基板収納ユニット２２内に保持される場合は、時間の長短に関わらずほとんど異常は認められない。これらの関係から判るように、本実施形態の液体材料塗布装置によれば、未処理基板が存在するポッド内に処理済み基板が戻される場合に比して、薄膜形成工程における異常数を著しく減少させることができる。
【００２３】
ところで、上述した実施の形態１では、処理済み基板を処理領域１４から直接ポッド１８に搬送することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、処理済み基板は、処理領域１４から搬出された後、全ての基板の処理が終了するまで基板収納ユニット２２内に保管しておき、全ての基板の処理が終了した時点で一括してポッド１８に収納してもよい。
【００２４】
本実施形態の液体材料塗布装置において、基板収納ユニット２２内に保管される基板の周辺には、空気清浄機２６によって常に清浄な空気（または不活性ガス）が供給されている。このため、基板収納ユニット２２の内部では、処理済み基板と未処理基板とが混在していても、未処理基板が有機汚染されることはない。また、処理済み基板を、基板収納ユニット２２内で保持した後にポッド１８に収納することとすると、ポッド１８内に持ち込まれる有機溶剤の量を減らすことができる。従って、上記の変形例によれば、未処理基板の有機汚染を有効に防止しつつ、ポッド１８自身の汚染量も抑制することができる。
【００２５】
また、上述した実施の形態１では、基板の搬入に用いられたポッド１８に処理済み基板を戻すこととしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、基板の搬入に用いるポッド１８とは別に空のポッド１８を搬入出領域１０に準備しておき、ポッド１８から搬出されて処理された基板を、順次空のポッド１８に収納することとしてもよい。この場合、必ずしも基板収納ユニット２２は必要ではない。
【００２６】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
請求項１または３記載の発明によれば、未処理基板が収納されていないポッドに処理済み基板を収納することができる。このため、本発明によれば、処理済み基板から発せられる有機溶剤のガスに起因して、未処理基板が汚染されるのを確実に防止することができる。更に、この発明によれば、処理済み基板を一時的に基板収納ユニットに保管し、その中である程度有機溶剤を揮発させた後に処理済み基板をポッド内に戻すことができる。従って、本発明によれば、未処理基板の有機汚染が防止できると共に、ポッド自身の有機汚染も防止することができる。
【００２７】
請求項２または４記載の発明によれば、ポッド内に収納される全ての基板を基板収納ユニットに移送することで、そのポッドを空とし、処理済み基板を、その空のポッドに順次戻すことができる。本発明によれば、ポッドを一つだけ用いつつ、未処理基板の有機汚染を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１の液体材料塗布装置の平面透視図である。
【図２】 実施の形態１の液体材料塗布装置の効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 搬入出領域、 １２ 待機領域、 １４ 処理領域、 １６ 外壁、 １８ ポッド、 ２０ 第１搬送装置、 ２２ 基板収納ユニット、 ２４ 保管スペース、 ２６ 空気清浄機。

Claims (4)

1. 複数の基板を外部環境から遮断した状態で収納することのできるポッドを用いて前記基板の搬入出を行う液体材料塗布装置であって、
   前記ポッドを格納するための搬入出領域と、
   有機溶剤を含有する液体材料を使って前記基板の表面に薄膜を形成するための処理領域と、
   単一のポッドに収納される全ての基板を保管することのできる基板収納ユニットと、
   前記基板収納ユニットの内部に保管される基板の周囲に清浄な空気または不活性ガスを流通させる空気清浄機と、
   前記処理領域で処理された処理済み基板を前記基板収納ユニット内に搬送し、また、単一のポッドから取り出された全ての基板が処理済み基板とされた段階で、前記全ての基板を順次または一括して、未処理基板が収納されていないポッドに収納する搬送装置と、
   を備えることを特徴とする液体材料塗布装置。
2. 前記搬送装置は、ポッド内の全ての未処理基板を前記基板収納ユニットに移送して前記ポッドを空にし、また、前記基板収納ユニットに移送された前記未処理基板を、前記処理領域に搬送することを特徴とする請求項１記載の液体材料塗布装置。
3. 有機溶剤を含有する液体材料を基板上に塗布する工程中に、未処理基板が有機汚染されるのを防止する方法であって、
   ポッドに収納された複数の基板を液体材料塗布装置の中に搬入する第１ステップと、
   前記ポッドから基板を取り出す第２ステップと、
   前記ポッドから取り出された基板の表面に前記液体材料を用いて薄膜を形成する第３ステップと、
   単一のポッドに収納される全ての基板を保管することができ、かつ、その内部に保管される基板の周囲に清浄な空気または不活性ガスを流通させることのできる基板収納ユニット内に、表面に薄膜が形成された処理済み基板を搬入する第４ステップと、
   単一のポッドから取り出された全ての基板が処理済み基板とされた段階で、前記全ての基板を順次または一括して、未処理基板が収納されていないポッドに収納する第５ステップと、
   を含むことを特徴とする液体材料塗布方法。
4. 前記第２ステップは、ポッド内の全ての未処理基板を前記基板収納ユニットに移送して前記ポッドを空にするステップを含み、
   前記第３ステップは、前記基板収納ユニットに移送された前記未処理基板に順次薄膜を形成するステップを含むことを特徴とする請求項３記載の有機汚染防止方法。

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