JP5796555B2 - スピンコート装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの適所に塗布液を塗布し、ワークを回転させることで塗布液の一部を飛ばして所望の膜厚に仕上げるスピンコート装置に関するものである。

たとえばリソグラフィ工程においては、半導体ウェハの表面にフォトレジスト現像液やハレーション等を減少させる反射防止膜形成用の溶液などを塗布するに当たり、塗布液による膜厚の均一性を保証することが極めて重要であり、特に半導体装置や半導体ウェハの小型化が盛んな昨今においては、この塗布液の均一な膜厚保証の重要性は一層高まっている。

塗布液による膜厚が部位ごとに異なる場合、たとえば膜厚の厚い箇所ではエッチング不足に起因する膜残りが生じてしまい、リソグラフィ工程の後工程でのパターン形成工程においてこの残留部分が影響を及ぼし、寸法精度を悪化させることに繋がる恐れがある。

このようにワークの表面に可及的に均一な厚みの塗布液を塗布する技術として、スピンコート法の適用がある。このスピンコート法は、固定治具に固定されたワークに対してその全面に上方から塗布液を滴下した後、治具およびワークを回転させてワークに滴下された塗布液の一部を遠心力を利用して飛ばすことで可及的に均一な膜厚の塗布液の塗布を実現することを可能とするものである。

ところで、半導体ウェハ等のワークの表面に塗布液を塗布する場合においては、上記するように治具にて固定されたワークの上方から塗布液を滴下し、治具およびワークを回転させて塗布液の一部を飛ばすことにより、その目的を達することができる。なお、このようにワークの上方から塗布液を滴下する形態のスピンコート装置が特許文献１に開示されている。

ところで、塗布液が塗布されるワークの形状形態には多様なものが存在するが、その中でも「上下が閉塞されている空間を有するワーク」において、この空間に塗布液を塗布しようとした場合に、特許文献１をはじめとしてワークの上方から塗布液を滴下する方法では上下が閉塞された空間に塗布液を塗布することはできない。

そこで、キャビティを有するスピンコート装置を使用し、このキャビティにワークを固定した状態で、キャビティ内に塗布液を注入していくことで上下が閉塞されている空間内に塗布液を塗布する方法が考えられる。

この方法を図２，３を参照して説明する。図２は加工対象のワークを説明した図であり、図３は図２で示すワークの有する空間に塗布液を塗布する従来のスピンコート装置を模式的に示したものである。

図２で示すように、加工対象のワークＷは上下２枚のパネルＷ１，Ｗ２が上パネルＷ１に設けられた突起Ｐを介して一体とされ、双方のパネルＷ１，Ｗ２の間に突起Ｐが介在していることでパネルＷ１，Ｗ２の間に空間Ｋが形成されている。また、図示例のパネルＷ２はその適所に開口Ａを有している。

なお、図２で示すワークＷは、「上下が閉塞された空間とこの空間に連通する開口を備えた」構成のワークとして、最も簡易な形態を取り上げて模擬したものであり、少なくともこれらの構成を有する多様な形状形態（複雑な形状のワークは多数存在し得る）のワークは図示するワークＷに含まれるものである。たとえば、パワーモジュール基板にIGBTチップやダイオードなどが集合搭載された半導体装置の実際の構成は複雑であるが、この複雑構成の半導体装置の中でも、「上下が閉塞された空間とこの空間に連通する開口を備えた」構成を具備するものは図示するワークＷに含まれるものである。

図示するワークＷの有する空間Ｋに塗布液を塗布する方法を図３を参照して説明する。

図示するスピンコート装置ＳＣは、キャビティＣを画成する開閉自在な下本体Ｐ１と上本体Ｐ２、キャビティＣ内でワークを固定する治具Ｊ、上下本体Ｐ２，Ｐ１を回転させる（Ｑ方向）モータＭから構成されている。

下本体Ｐ１は、塗布液ＬをキャビティＣ内に提供する（Ｘ１方向）注入孔Ｐ１ａと、キャビティＣから塗布液Ｌを排液する（Ｘ２方向）排液孔Ｐ１ｂを備えている。

ワークＷの上下が閉塞された空間Ｋに塗布液Ｌを塗布するべく、注入孔Ｐ１ａから塗布液ＬをキャビティＣ内に注入し、キャビティＣ内を塗布液Ｌで満たしていく過程で、空間Ｋに対して塗布液Ｌを様々な方向から流れ込ませながら（Ｙ方向）空間Ｋ内に塗布液Ｌを塗布していく。なお、塗布液Ｌが空間Ｋに十分に流れ込んだ後にモータＭを駆動して上下本体Ｐ２，Ｐ１を回転させる（Ｑ方向）ことで、空間Ｋ内に流れ込んだ塗布液Ｌの一部を遠心力で飛ばして塗布液を可及的に均一な膜厚に塗布できると考えられる。

ところで、図示する方法で空間Ｋに塗布液Ｌを塗布するに当たり、塗布液Ｌの粘度が高い場合には、空間Ｋの周囲から（多様な方向から）高粘度の塗布液Ｌが空間Ｋの中心側に向かって流れ込もうとするが、上下が閉塞された空間ゆえに高粘度の塗布液Ｌが上下のパネルＷ１，Ｗ２との間の表面張力によって空間Ｋ内への流れが阻害され易い。そして、空間Ｋへの入口（全周）が表面張力にて移動しない塗布液Ｌによって塞がれてしまうと、空間Ｋ内にはエアだけが残った状態で十分に塗布液の提供ができないといった課題が生じる恐れがある。

したがって、図２で示すようなワークＷ、すなわち、上下が閉塞されている空間Ｋを有するワークＷの空間Ｋの適所もしくは全域に塗布液Ｌを良好に塗布し、可及的に均一な膜厚に仕上げることのできるスピンコート装置が当該技術分野で切望されている。

特開２０１０−１５５２１９号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、上下が閉塞されている空間を有するワークの該空間の適所もしくは全域に対して、可及的に均一な膜厚で塗布液を塗布することのできるスピンコート装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明によるスピンコート装置は、上下が閉塞されている空間と、この空間に連通する開口を備えたワークを加工対象とし、該空間に塗布液を塗布するスピンコート装置であって、前記スピンコート装置は、ワークを固定する治具と、該治具を回転させるアクチュエータと、塗布液を吐出するノズルを備えており、該ノズルが前記開口に進入して空間に塗布液が吐出され、少なくともワークが回転することで上下が閉塞された開口に吐出された塗布液の一部が飛ばされて塗布液が膜状に塗布されるものである。

本発明のスピンコート装置は、上下が閉塞されている空間と、この空間に連通する開口を備えたワークを加工対象とした装置であり、塗布液を吐出するノズルを開口に進入させて塗布液の吐出をおこない、少なくともワークを回転させることで塗布液の一部を飛ばして可及的均一な膜厚となるように塗布液を膜状に塗布（形成）するものである。

たとえばワークの中心位置に開口が開設されていて、この開口を介してノズルを空間に進入させ、吐出孔を空間に臨ませて塗布液の吐出を実行することにより、既述する従来の装置のように空間入口が塗布液とワーク表面の間の表面張力によって閉塞され、空間全域への塗布液の十分な塗布が困難であるといった課題は生じ得ない。なお、ノズルはその側面に複数の吐出孔を具備するのが好ましく、さらにノズルが回転自在に構成されていて、塗布液の吐出の際にノズルが回転することでノズルを中心としてその周囲の空間全域に塗布液を良好に吐出できるような形態であってもよい。

スピンコート装置は、その構成要素としてワークを固定する治具と、この治具を回転させるモータ等のアクチュエータを備えている。そして、ノズルがエアシリンダ等の昇降機構に取り付けられ、昇降機構の稼働によって治具に固定されたワークの開口を介してノズルの吐出孔がワークの空間に臨む形態を挙げることができる。

また、その他の形態として、キャビティを画成する開閉自在な上下の装置本体がモータ等で回転自在に構成され、キャビティ内にワークを固定する治具が配設された形態であってもよい。この形態では、たとえば下本体と上本体の一方に装置本体を回転させるアクチュエータが備えてあり、かつ、ノズルを昇降させる昇降機構をいずれか一方の本体内に内蔵させておくことができる。上下本体がアクチュエータで回転することによってキャビティ内の治具が同期して回転し、ワークを回転させることができる。

なお、ワークの空間を閉塞する上下の部材（たとえば上下のパネル）のいずれが開口を有するかによって（双方のパネルがともに開口を有する形態のワークもある）、ノズルが下方から上昇して開口を介して空間に臨む形態と、上方から降下して開口を介して空間に臨む形態がある。

既述するように、ワークが半導体ウェハ等の場合においては、塗布液としてフォトレジスト現像液や反射防止膜形成用の溶液などが適用される。

また、ワークを固定する治具は、ワークを把持する機構を備えたものや、ワークを真空吸引してチャックする機構を備えたものなどを適用できる。

本発明のスピンコート装置によれば、上下が閉塞されている空間と、この空間に連通する開口を備えた、比較的複雑な形態のワーク（１つのワークがこのような形態を有する場合や、２以上のワークを組み合わせた際にこのような形態が形成される場合）に対して、空間に連通する開口に塗布液を吐出するノズルを進入させて空間に塗布液の吐出を実行し、さらに回転速度等を調整しながらワークを回転させて塗布液の一部を飛ばすことにより、空間の適所もしくは全域に塗布液を十分に塗布することが保証され、しかも、可及的に均一な膜厚を有する膜状の塗布液の形成が可能となる。そして、この効果は、塗布液の粘度が高い場合であっても同様に享受できるものである。

以上の説明から理解できるように、本発明のスピンコート装置によれば、上下が閉塞されている空間とこの空間に連通する開口を備えたワークに対して、塗布液を吐出するノズルを開口に進入させて塗布液の吐出をおこない、少なくともワークを回転させて塗布液の一部を飛ばすことにより、空間の所望範囲や空間の全域に対して塗布液を十分に提供できるとともに、可及的に均一な膜厚を有する膜状の塗布液の形成を実現できる。

本発明のスピンコート装置を説明した模式図である。 加工対象のワークの実施の形態を示した斜視図である。 従来のスピンコート装置を説明した模式図である。

以下、図面を参照して本発明のスピンコート装置の実施の形態を説明する。なお、図示例のワークは、２枚のプレートがスペーサーを介してワークを構成し、プレート間に空間が形成され、双方のプレートに開口が開設され形態のワークであり、これは、「上下が閉塞された空間とこの空間に連通する開口を備えた」構成のワークの中でも最も簡易な形態を模擬したものである。したがって、「上下が閉塞されている空間と、この空間に連通する開口を備えた」構成を備えていることを前提として、多様な形状形態のワークが本発明のスピンコート装置の加工対象となることは勿論のことである。また、図示するスピンコート装置以外にも装置形態は多様に存在し、たとえば、図示例のように装置本体が存在せずに、ワークを固定する治具と、治具を回転させるアクチュエータと、ワークの開口を介して空間に臨むノズルのみを備えた最もシンプルな構成形態の装置であってもよいことは勿論のことである。

（スピンコート装置の実施の形態）
図１は本発明のスピンコート装置を説明した模式図であり、図２は加工対象のワークの実施の形態を示した斜視図である。

図１で示すスピンコート装置１０は、キャビティＣを画成する下本体１と上本体２、キャビティＣ内に突出してワークＷを固定する治具３、ワークＷの有する開口Ａを介して空間Ｋに臨むノズル６、下本体１に内蔵されてノズル６を昇降させる（Ｚ１方向）エアシリンダ４、ノズル６を回転させる（Ｚ２方向）サーボモータ５、上下本体２，１とその内部にある治具３、ワークＷの全てを回転させる（Ｚ３方向）サーボモータ７から大略構成されている。

治具３は、ワークＷを真空吸引してチャックする不図示の機構を備えている。

ワークＷは図２で示す形態のものであり、上下２枚のパネルＷ１，Ｗ２が上パネルＷ１に設けられた突起Ｐを介して一体とされ、パネルＷ１，Ｗ２の間に空間Ｋが形成されており、さらにパネルＷ２はその中央位置に開口Ａを有している。

図示するワークＷは特に限定されるものではないが、たとえば半導体ウェハや、パワーモジュール基板にIGBTチップやダイオードなどが集合搭載された半導体装置などを挙げることができる。

上下本体２，１を開放して治具３にてワークＷを吸引固定するに当たり、ノズル６は図１で示す状態よりも下方位置、より具体的にはノズル６の上端が治具３に載置されたワークＷよりも下方に位置している。

開口Ａの位置とノズル６の位置を位置合わせしながら（開口Ａを介したノズル６の開口Ａへの進入を保証する）パネルＷ２を治具３に載置し、ワークＷを吸引固定する。

上下本体２，１を閉じ、エアシリンダ４を稼働してノズル６を上昇させ（Ｚ１方向のうち上方に向かう方向）、その上方側面に開設された複数の吐出孔６ａをワークＷの空間Ｋに臨ませる。

次に、不図示の塗布液収容容器から不図示のポンプにて塗布液をノズル６に供給し（Ｒ１方向）、ノズル６の吐出孔６ａを介して空間Ｋに塗布液を吐出する（Ｒ２方向）。

ノズル６の側面には２以上の吐出孔６ａが開設されており、ノズル６を固定した状態で塗布液を吐出した場合でもノズル６から360度方向に塗布液の吐出（吐出された塗布液の平面方向への広がりを含む）が可能であれば、ノズル６を回転させる必要はない。

しかし、ノズル６の側方全周に塗布液を吐出するに当たってノズル６の回転が必要な場合には、サーボモータ５を駆動してノズル６を回転させながら（Ｚ２方向）塗布液の吐出をおこなう。

ここで、ワークＷが半導体ウェハ等の場合には、塗布液としてフォトレジスト現像液や反射防止膜形成用の溶液などを挙げることができ、たとえば、フォトレジスト現像液は、水溶性の溶液をベースとした有機現像液や無機現像液があり、さらに界面活性剤などが含有されていてもよい。

ノズル６からの塗布液の吐出により、空間Ｋの全域では、吐出された塗布液の表面が凹凸をなした膜状、言い換えれば、部位ごとに厚みの異なる膜状を呈した状態となっている。

そこで、膜状の塗布液の膜厚を全領域で可及的に均一とするべく、サーボモータ７を稼働させてワークＷと治具３を含む上下本体２，１を所望の回転速度で回転させる（Ｚ３方向）。

治具３で固定されたワークＷが調整された回転速度（塗布液の粘度等を勘案して塗布液の厚みが全体的に均一になるような回転速度）で回転することにより、空間Ｋ内で膜状を呈している塗布液はその一部が遠心力で飛ばされ、空間Ｋ内における塗布液の厚みは可及的に均一化されていく。

図示するスピンコート装置１０によれば、ワークＷのたとえば中心位置に開口Ａが開設されていて、この開口Ａにノズル６の吐出孔６ａを臨ませて塗布液の吐出を実行することにより、従来の装置のように空間入口が塗布液とワーク表面の間の表面張力によって閉塞され、空間全域への塗布液の十分な塗布が困難であるといった課題は生じ得ない。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…下本体、２…上本体、３…治具、４…エアシリンダ（アクチュエータ）、５…サーボモータ（アクチュエータ）、６…ノズル、６ａ…吐出孔、７…サーボモータ（アクチュエータ）、１０…スピンコート装置、Ｗ…ワーク、Ｗ１、Ｗ２…パネル、Ｋ…空間、Ａ…開口、Ｃ…キャビティ

Claims (1)

1. 少なくとも上パネルと下パネルを備え、上下パネルのいずれか一方に開口が備えてあり、上下が閉塞されている空間を有し、この空間に前記開口が連通するワークを加工対象とし、該空間に塗布液を塗布するスピンコート装置であって、
   前記スピンコート装置は、ワークを固定する治具と、該治具を回転させるアクチュエータと、塗布液を吐出するノズルを備えており、該ノズルが前記開口に進入し、該開口を介して空間に臨んで塗布液が吐出され、少なくともワークが回転することで上下が閉塞された空間に吐出された塗布液の一部が飛ばされて塗布液が膜状に塗布されるスピンコート装置。

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