JP6148585B2 - スパイラル塗布装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、スパイラル塗布装置に関する。

例えば半導体などの分野において、基板上に膜を形成する装置としてスパイラル塗布装置がある。スパイラル塗布装置は、円盤状の基板を固定した円形状の回転ステージを回転させ、塗布ノズルから材料を吐出させながら、塗布ノズルを基板中央から基板外周に向かって直線状に移動させ、らせん状（渦巻き状）の塗布軌跡を描くことで基板全面に膜の形成を行う。このとき、塗布ノズル先端面（吐出面）と基板表面との間の距離を精度良く略一定に制御することで、より均一な厚さの膜を形成することができる。

しかし、スパイラル塗布装置の使用時間が経過すると、回転ステージの回転速度あるいは回転ステージの加減速度などの運転状況の違いにより、スパイラル塗布装置が備える部品の発熱状態が変化することがある。すると、回転ステージが傾き、塗布ノズル先端面と基板表面との間の距離が設定値から変化することがある。

特開２０１３−６９７号公報

本発明が解決しようとする課題は、ノズル先端面と基板表面との間の距離を精度良く略一定に制御することができるスパイラル塗布装置を提供することである。

実施形態によれば、ステージと、駆動部と、ノズルと、移動ユニットと、複数の測長部と、前記固定部材と、を備えたスパイラル塗布装置が提供される。前記ステージは、塗布対象物が載置される載置面を有する。前記駆動部は、前記載置面に沿う面内において前記ステージを回転させる。前記ノズルは、前記ステージに載置された前記塗布対象物に液を吐出する。前記移動ユニットは、前記ステージに対して相対的に前記ノズルを移動させる。前記移動ユニットは、第１の移動機構部と、第２の移動機構部と、を有する。前記第１の移動機構部は、前記回転の軸に対して平行な方向に前記ノズルを移動させる。前記第２の移動機構部は、前記回転の軸と交差する方向に前記載置面に沿って前記ノズルを移動させる。前記複数の測長部は、前記駆動部が固定されるテーブルの基準面と前記ステージとの間の距離を測定する。前記固定部材は、前記駆動部を前記テーブルに固定する。前記固定部材は、電圧を印加されることにより伸縮し前記固定部材の長さを変化させる複数の圧電素子を有する。

本発明の実施の形態にかかるスパイラル塗布装置を表す模式的平面図である。 本実施形態の駆動部を表す模式的断面図である。 本実施形態の固定部材を表す模式図である。 第１の測長部の変形例を例示する模式的平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本発明の実施の形態にかかるスパイラル塗布装置を表す模式的平面図である。

図１に表したスパイラル塗布装置１００は、ステージ１０１と、駆動部１４０と、塗布液供給部１１０と、ノズル１２１と、検出部１２３と、移動ユニット１３０と、制御部１９０と、を備える。

ステージ１０１の載置面１０１ａには、塗布対象物としての基板Ｗが載置される。ステージ１０１は、載置された基板Ｗを保持する。ステージ１０１は、例えば円形状に形成され、駆動部１４０により水平面内（載置面１０１ａに沿う面内）において回転可能とされている。基板Ｗは、例えば、図示しない真空ポンプなどを用いた吸着機構によりステージ１０１に保持される。

駆動部１４０は、ステージ１０１を水平面内で回転可能に支持し、ステージ１０１の中心を回転中心としてステージ１０１を例えばモータなどにより水平面内で回転させる。これにより、ステージ１０１の上に載置された基板Ｗは、水平面内で回転する。駆動部１４０の詳細については、後述する。

ノズル１２１は、基板Ｗの表面に向けて塗布液Ｌを先端から吐出する。ノズル１２１は、塗布液Ｌを連続的に吐出し、塗布液Ｌを基板Ｗの表面に塗布する。例えば、基板Ｗは、半導体ウェーハなどである。例えば、塗布液Ｌは、レジスト液などである。

塗布液供給部１１０は、ノズル１２１を介して、塗布液Ｌを基板Ｗの表面に供給する。塗布液供給部１１０は、タンク１１１と、ポンプ１１３と、供給弁１１５と、吐出弁１１７と、を有する。タンク１１１は、塗布液Ｌを収納する。ポンプ１１３は、塗布液Ｌをノズル１２１へ供給する。供給弁１１５および吐出弁１１７は、制御部１９０から送信される信号に基づいて開閉し、基板Ｗの表面への塗布液Ｌの供給を制御する。

検出部１２３は、基板Ｗの表面Ｗａまたはステージ１０１の載置面１０１ａまでの距離を検出する。ノズル１２１の先端面（吐出面）１２１ａと、基板Ｗの表面Ｗａと、の間の距離は、検出された基板Ｗの表面Ｗａまでの距離に基づいて制御部１９０により制御される。あるいは、ノズル１２１の先端面１２１ａと、ステージ１０１の載置面１０１ａと、の間の距離は、検出されたステージ１０１の載置面１０１ａまでの距離に基づいて制御部１９０により制御される。検出部１２３としては、例えば、反射型レーザセンサなどが挙げられる。

移動ユニット１３０は、昇降部（第１の移動機構部）１３１と、移動部（第２の移動機構部）１３３と、を有し、ステージ１０１に対して相対的にノズル１２１を移動させる。昇降部１３１は、ノズル１２１を保持し、ノズル１２１を昇降させる。つまり、昇降部１３１は、ステージ１０１の回転軸に対して平行な方向にノズル１２１を移動させる。移動部１３３は、昇降部１３１を保持し、昇降方向に直交する方向にノズル１２１を移動させる。つまり、移動部１３３は、ステージ１０１の回転軸と交差する方向に載置面１０１ａに沿ってノズル１２１を移動させる。移動ユニット１３０としては、例えば、２軸制御のロボットなどが挙げられる。

制御部１９０は、各部を集中的あるいは中心的に制御する演算部と、各種プログラムや各種情報などを記憶する記憶部と、を有する。記憶部としては、メモリやハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などが用いられる。

制御部１９０は、例えば、各種プログラムや各種情報（例えば位置情報など）に基づいて演算処理を行い、ギャップ値や補正値を決定する。また、制御部１９０は、例えば、各種プログラムや各種情報（例えば塗布条件情報など）に基づいて、駆動部１４０や移動ユニット１３０を制御し、ステージ１０１の上に所定のギャップを維持する。また、制御部１９０は、基板Ｗが載置されたステージ１０１を回転させ、ノズル１２１の先端から塗布液Ｌを吐出させながら、ノズル１２１を基板Ｗの中央（あるいは基板Ｗの外周）から基板Ｗの外周（あるいは基板Ｗの中央）に向かって直線状に移動させ、渦巻き状の塗布軌跡を描くことで基板Ｗの全面に膜の形成を行う（スパイラル塗布）。

図２は、本実施形態の駆動部を表す模式的断面図である。
図３は、本実施形態の固定部材を表す模式図である。
図３（ａ）は、本実施形態の固定部材を表す模式的平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に表した切断面Ａ−Ａにおける模式的断面図である。

図２に表した駆動部１４０は、テーブル１４１と、第１の測長部１４３ａと、第２の測長部１４３ｂと、モータ１５０と、固定部材１６０と、を有する。
テーブル１４１は、例えば定盤などであり、基準面１４１ａ（図２の例では上面）を有する。

第１の測長部１４３ａは、ステージ１０１の一端部１０１ｃにおける下面１０１ｂまでの距離を測定する。これにより、第１の測長部１４３ａは、ステージ１０１の一端部１０１ｃと、テーブル１４１の基準面１４１ａと、の間の距離を測定することができる。第１の測長部１４３ａは、例えばレーザ変位計などである。
第２の測長部１４３ｂは、ステージ１０１の他端部１０１ｄにおける下面１０１ｂまでの距離を測定する。これにより、第２の測長部１４３ｂは、ステージ１０１の他端部１０１ｄと、テーブル１４１の基準面１４１ａと、の間の距離を測定することができる。第２の測長部１４３ｂは、例えばレーザ変位計などである。

モータ１５０は、シャフト１５７と、支持部１５９と、を有する。
モータ１５０は、固定部材１６０を介してテーブル１４１に固定されている。

シャフト１５７は、一端部においてステージ１０１と接続され回転する。シャフト１５７は、例えばベアリングなどの支持部１５９により固定部材１６０に支持されている。これにより、モータ１５０は、シャフト１５７を介してステージ１０１を水平面内で回転させることができる。

図３（ａ）および図３（ｂ）に表したように、固定部材１６０は、鍔部１６３と、第１の圧電素子１６１ａと、第２の圧電素子１６１ｂと、を有する。鍔部１６３は、固定部材１６０の下部に設けられ、外側へ延在する。固定部材１６０は、鍔部１６３において、例えばねじなどの締結部材によりモータ１５０と締結されている。また、固定部材１６０は、鍔部１６３において、テーブル１４１に固定されている。これにより、モータ１５０は、固定部材１６０を介してテーブル１４１に固定される。

図３（ａ）および図３（ｂ）に表したように、固定部材１６０は、中央部に設けられた孔１６９を有する。モータ１５０のシャフト１５７は、固定部材１６０の孔１６９を通してステージ１０１に接続されている。

ここで、スパイラル塗布装置１００は、ノズル１２１の先端面１２１ａと基板Ｗの表面Ｗａとの間の距離（塗布ギャップ）を精度良く略一定に制御することで、より均一な厚さの膜を基板Ｗの表面Ｗａの上に形成する。

しかし、スパイラル塗布装置１００の使用時間が経過すると、例えば、ステージ１０１の回転速度や、ステージ１０１の加減速度や、ステージ１０１の回転時間とステージ１０１の停止時間との間のデューティ比などの運転状況の違いにより、モータ１５０の発熱状態が変化することがある。すると、ステージ１０１が傾き、塗布ギャップが設定値から変化することがある。例えば、ステージ１０１およびモータ１５０の少なくともいずれかの温度を制御部１９０が管理しても、測定温度とステージ１０１の傾きとの間には時間的遅れが生ずることがある。そのため、スパイラル塗布装置１００がより均一な厚さの膜を形成する点においては、改善の余地がある。

これに対して、本実施形態では、固定部材１６０は、第１の圧電素子１６１ａと、第２の圧電素子１６１ｂと、を有する。
図３（ｂ）に表した矢印Ａ１のように、第１の圧電素子１６１ａは、電圧を印加されることにより伸縮し、第１の圧電素子１６１ａ自身の長さを変化させることができる。すると、図３（ｂ）に表した矢印Ａ１１のように、固定部材１６０において、第１の圧電素子１６１ａが設けられた部分の長さＤ１が変化する。
図３（ｂ）に表した矢印Ａ２のように、第２の圧電素子１６１ｂは、電圧を印加されることにより伸縮し、第２の圧電素子１６１ｂ自身の長さを変化させることができる。すると、図３（ｂ）に表した矢印Ａ１２のように、固定部材１６０において、第２の圧電素子１６１ｂが設けられた部分の長さＤ２が変化する。

図２に表した矢印Ａ２１のように、固定部材１６０の長さＤ１が変化すると、ステージ１０１の一端部１０１ｃの位置が変化する。また、図２に表した矢印Ａ２２のように、固定部材１６０の長さＤ２が変化すると、ステージ１０１の他端部１０１ｄの位置が変化する。このように、本実施形態にかかるスパイラル塗布装置１００は、固定部材１６０の長さを局部的に変化させることで、ステージ１０１の傾きを制御することができる。

具体的には、制御部１９０は、第１の測長部１４３ａが測定したステージ１０１の一端部１０１ｃとテーブル１４１の基準面１４１ａとの間の距離に応じて第１の圧電素子１６１ａに印加する電圧を制御し、ステージ１０１の傾きを補正する。また、制御部１９０は、第２の測長部１４３ｂが測定したステージ１０１の他端部１０１ｄとテーブル１４１の基準面１４１ａとの間の距離に応じて第２の圧電素子１６１ｂに印加する電圧を制御し、ステージ１０１の傾きを補正する。

あるいは、制御部１９０は、第１の測長部１４３ａが測定したステージ１０１の一端部１０１ｃとテーブル１４１の基準面１４１ａとの間の距離に応じて移動ユニット１３０を制御する。また、制御部１９０は、第２の測長部１４３ｂが測定したステージ１０１の他端部１０１ｄとテーブル１４１の基準面１４１ａとの間の距離に応じて移動ユニット１３０を制御する。

本実施形態によれば、スパイラル塗布装置１００は、ノズル１２１の先端面１２１ａと、基板Ｗの表面Ｗａと、の間の距離を精度良く略一定に制御することができる。これにより、スパイラル塗布装置１００は、より均一な厚さの膜を基板Ｗの表面Ｗａの上に形成することができる。また、スパイラル塗布装置１００は、例えばモータ１５０などの温度が安定するまでの時間や、測定温度とステージ１０１の傾きとの間の時間的遅れなどを待つことなく、塗布ギャップを精度良く略一定に制御し、より均一な厚さの膜を安定的に形成することができる。さらに、温度管理の必要がないため、スパイラル塗布装置１００をより簡易化させることができる。

図３（ａ）に表したように、第１の圧電素子１６１ａおよび第２の圧電素子１６１ｂは、ノズル１２１の移動軌跡１２１ｒの上に設けられている。これにより、例えばモータ１５０などの温度が安定するまでの時間や、測定温度とステージ１０１の傾きとの間の時間的遅れなどを待つことなく、塗布ギャップを精度良く略一定に制御することができる。

なお、図２および図３では、固定部材１６０が２つの圧電素子を有する場合を例に挙げて説明した。但し、固定部材１６０が有する圧電素子の数は、これだけに限定されず、例えば３つ以上であってもよい。また、ステージ１０１の傾きを検出する測長部（図２では第１の測長部１４３ａおよび第２の測長部１４３ｂ）の設置数は、２つに限定されず、例えば３つ以上であってもよい。

図４は、第１の測長部の変形例を例示する模式的平面図である。
図４（ａ）および図４（ｂ）では、第１の測長部および第２の測長部のうちの第１の測長部を例に挙げて説明する。第２の測長部の構造および作用は、第１の測長部の構造および作用と同様である。

図４（ａ）に表した第１の測長部１４５は、例えば磁気スケールなどであり、磁化記録部１４５ａと、磁気ヘッド１４５ｂと、を有する。磁化記録部１４５ａは、帯状の形状を有し、ステージ１０１の側面１０１ｅに固定されている。磁化記録部１４５ａは、例えば磁性体により形成されている。磁化記録部１４５ａには、例えば、一定間隔で正弦波が記録され、磁気パターンが形成される。磁気ヘッド１４５ｂは、磁化記録部１４５ａに記録された磁気パターンを検出する。これにより、第１の測長部１４５は、ステージ１０１との間の距離を測定し、ステージ１０１の傾きを検出することができる。

図４（ｂ）に表した第１の測長部１４７は、例えば静電容量式のギャップセンサなどであり、ターゲット１４７ａと、センサ部１４７ｂと、を有する。ターゲット１４７ａは、導体により形成され、ステージ１０１の下面１０１ｂに固定されている。センサ部１４７ｂは、センサ部１４７ｂとターゲット１４７ａとの間の静電容量に基づいて、センサ部１４７ｂとターゲット１４７ａとの間の距離を測定する。これにより、第１の測長部１４７は、ステージ１０１との間の距離を測定し、ステージ１０１の傾きを検出することができる。

図４（ａ）および図４（ｂ）に関して前述した測長部の設置数は、２つに限定されず、例えば３つ以上であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００ スパイラル塗布装置、 １０１ ステージ、 １０１ａ 載置面、 １０１ｂ 下面、 １０１ｃ 一端部、 １０１ｄ 他端部、 １０１ｅ 側面、 １１０ 塗布液供給部、 １１１ タンク、 １１３ ポンプ、 １１５ 供給弁、 １１７ 吐出弁、 １２１ ノズル、 １２１ａ 先端面、 １２１ｒ 移動軌跡、 １２３ 検出部、 １３０ 移動ユニット、 １３１ 昇降部、 １３３ 移動部、 １４０ 駆動部、 １４１ テーブル、 １４１ａ 基準面、 １４３ａ 第１の測長部、 １４３ｂ 第２の測長部、 １４５ 第１の測長部、 １４５ａ 磁化記録部、 １４５ｂ 磁気ヘッド、 １４７ 第１の測長部、 １４７ａ ターゲット、 １４７ｂ センサ部、 １５０ モータ、 １５７ シャフト、 １５９ 支持部、 １６０ 固定部材、 １６１ａ 第１の圧電素子、 １６１ｂ 第２の圧電素子、 １６３ 鍔部、 １６９ 孔、 １９０ 制御部

Claims (5)

1. 塗布対象物が載置される載置面を有するステージと、
   前記載置面に沿う面内において前記ステージを回転させる駆動部と、
   前記ステージに載置された前記塗布対象物に液を吐出するノズルと、
   前記ステージに対して相対的に前記ノズルを移動させる移動ユニットであって、前記回転の軸に対して平行な方向に前記ノズルを移動させる第１の移動機構部と、前記回転の軸と交差する方向に前記載置面に沿って前記ノズルを移動させる第２の移動機構部と、を有する前記移動ユニットと、
   前記駆動部が固定されるテーブルの基準面と前記ステージとの間の距離を測定する複数の測長部と、
   前記駆動部を前記テーブルに固定する固定部材であって、電圧を印加されることにより伸縮し前記固定部材の長さを変化させる複数の圧電素子を有する前記固定部材と、
   を備えたスパイラル塗布装置。
2. 前記複数の測長部のそれぞれが測定した前記距離に応じて前記複数の圧電素子のそれぞれに印加する電圧を制御し、前記ステージの傾きを補正する制御部をさらに備えた請求項１記載のスパイラル塗布装置。
3. 前記複数の圧電素子のうちの少なくともいずれかの圧電素子は、前記ノズルの移動軌跡の上に設けられた請求項１または２に記載のスパイラル塗布装置。
4. 前記複数の圧電素子は、前記基準面と前記ステージの端部との間の距離を変化させる請求項１〜３のいずれか１つに記載のスパイラル塗布装置。
5. 塗布対象物が載置される載置面を有するステージと、
   前記載置面に沿う面内において前記ステージを回転させる駆動部と、
   前記ステージに載置された前記塗布対象物に液を吐出するノズルと、
   前記ステージに対して相対的に前記ノズルを移動させる移動ユニットであって、前記回転の軸に対して平行な方向に前記ノズルを移動させる第１の移動機構部と、前記回転の軸と交差する方向に前記載置面に沿って前記ノズルを移動させる第２の移動機構部と、を有する前記移動ユニットと、
   前記駆動部が固定されるテーブルの基準面と前記ステージとの間の距離を測定する複数の測長部と、
   前記駆動部を前記テーブルに固定する固定部材であって、
   電圧を印加されることにより伸縮し前記固定部材の長さを変化させる複数の圧電素子を有する前記固定部材と、
   前記測長部による測定結果に基づいて、前記圧電素子に印加する電圧を制御し、前記ステージの傾きを補正する制御部と、
   を備えたスパイラル塗布装置。

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