JP6287935B2 - スピンコート装置 - Google Patents

Description

本発明は、平滑な基板（例えば半導体ウェハ）を高速で回転させて、遠心力により基板の表面に薄膜を形成するために利用されるスピンコート装置に関するものである。

従来において、このような分野に関連する技術として、特開２００２−１６４２８１号公報がある。この公報に記載されたスピンコート装置は、半導体ウェハなどの基板が配置されるスピンプレートを有し、このスピンプレートを包囲するように処理カップが配置されている。この処理カップには、外側に張り出すようにして膨出する緩衝室が設けられている。この緩衝室に導入された気流は、その内部で乱流になり勢が弱まり、気流中のミスト同士が衝突したり、ミストが壁面に衝突したりして、ミスト同士を合体させた後、ミストは、排出口から排出される。このようにすることで、基板の高速回転時の洗浄液又は塗布液の飛散により舞い上がったミストが、基板の裏面などに付着する事態を回避させることができる。さらに、処理カップの内壁面には、周方向にフィンが並置され、このフィンによって、内壁面に沿った気流を下向き変更させ、ミストの排気効率を高めている。

特開２００２−１６４２８１号公報

しかしながら、前述した従来のスピンコート装置には、次のような課題が存在している。すなわち、ミストが基板に付着しないようにするために、処理カップには、外側に張り出すような緩衝室が設けられているので、装置が大型化するといった問題点がある。

本発明は、小型化しても基板にミストを付着し難くしたスピンコート装置を提供することを目的とする。

本発明は、基板を載置させるための載置面を有する回転部と、上部に前記回転部が配置されるスピンコート本体と、を有し、前記スピンコート本体は、上部に開口が形成されたハウジング内に配置され、前記スピンコート本体と前記ハウジングとの間は、前記開口から流入した空気が下方に向かって流動する空気流動路をなすスピンコート装置であって、
前記空気流動路で、前記ハウジングの内壁面には、前記載置面より下方に位置して、下流側で縦渦を発生させるフィンが立設され、
前記フィンは、上から下に向かって、前記内壁面からの高さが徐々に高くなる平面部を有する。

このスピンコート装置において、基板が高速で回転することで、基板上に滴下された液の飛散によってミストが発生するが、このミストの舞い上がりを防止するために空気流動路が設けられている。この空気流動路を大型化すればするほど、ミストの舞い上がりを防止することができる。しかしながら、空気流動路を大型化すると装置が大型化する。そこで、空気流動路を小さくしてスピンコート装置を小型化するために、本発明では、ハウジングの内壁面に、載置面より下方にフィンを設け、フィンの平面部の一辺をなす斜辺を乗り越えるときに、縦渦が発生する。縦渦によって、ミストの舞い上がりの原因になっていた空気の巻き返し部分を、縦渦によって強制的に下方に追いやって、巻き返し部分を基板から遠ざけることができる。これにより、基板の裏面近傍で、下からのミストの巻き返しの影響を小さくすることができる。従って、例えスピンコート本体とハウジングの内壁面との間隔を小さくして、ハウジングの小型化すなわち装置の小型化を図っても、基板の裏面にミストを付着し難くできる。

また、三角形状を有する前記フィンの前記平面部は、円筒状をなす前記ハウジングの中心軸線と前記フィンの底辺とを通る基準平面に対し、前記回転部の回転方向に傾けられている。
このような構成を採用すると、フィンの形状を大きくすることなく、効率良く縦渦を作り出すことができる。

また、前記フィンは、前記ハウジングの周方向に等間隔で配置されている。
このような構成を採用すると、鉛直方向に発生する縦渦が周方向で均等に作り出すことができるので、基板の裏面にミストが付着するのを、効率良く抑制することができる。

本発明によれば、小型化しても基板にミストを付着し難くできる。

本発明に係るスピンコート装置を適用した半導体製造装置の一実施形態を示す図である。 半導体製造装置の要部を示す斜視図である。 本発明に係るスピンコート装置の縦断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 縦渦を示す図である。 比較例に係わるスピンコート装置の要部を示す断面図である。 本実施形態に係わるスピンコート装置の要部を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るスピンコート装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、半導体製造装置１において、搬送部１３側を「前」として説明する。

図１に示されるように、局所クリーン対応型の半導体製造装置１には、内部がクリーンに保たれた状態で、半導体ウェハをなす基板Ｄの加工が行われるクリーン室１１と、クリーン室１１が隣接され、駆動機構、薬液、制御盤などが収納された機械室１２と、を備えている。そして、半導体製造装置１の前部の中段には、前方に張り出した載置台１４が設けられ、この載置台１４上でクリーン室１１を前方に張り出している。

半導体製造装置１は、クリーン室１１の前方に位置して、基板Ｄが納められたカートリッジＣを搬送するための搬送部１３と、搬送部１３により搬送されたカートリッジＣを保持すると共に、搬送部１３の後方に配置された受渡し手段１５の載置部１５ａにカートリッジＣを移送するための第１の基板移送ハンド１７と、を具備している。

図２に示されるように、第１の基板移送ハンド１７には、鉛直方向に延在する回転軸１７ａと、基端が回転軸の上端に固定されたアーム１７ｂと、アーム１７ｂの先端部に配置されてカートリッジＣを吸着保持するための吸着部１７ｃと、が設けられている。第１の基板移送ハンド１７の回転軸１７ａは、載置台１４上で搬送部１３と受渡し手段１５との間に設置されている。

第１の基板移送ハンド１７の吸着部１７ｃにより、搬送部１３上のカートリッジＣを吸着保持する。その後、回転軸１７ａを中心としてアーム１７ｂを回転させることで、加工前の基板Ｄを収容したカートリッジＣを受渡し手段１５の載置部１５ａまで移送することができる。また、加工後の基板Ｄを収容したカートリッジＣは、第１の基板移送ハンド１７を利用して、受渡し手段１５の載置部１５ａ上から搬送部１３まで移送させることができる。

搬送部１３は、加工前の基板Ｄが収容されたカートリッジＣと加工後の基板Ｄが収容されたカートリッジＣとを順次搬送するためのベルトコンベア１３ａを有している。搬送部１３は、載置台１４上に設置されており、ベルトコンベア１３ａによりカートリッジＣを左右方向に搬送させている。

受渡し手段１５の載置部１５ａには、基板Ｄが収められた状態でカートリッジＣが載置され、その後、載置部１５ａが降下しながらカートリッジＣから基板Ｄが取り出される。この受渡し手段１５は、基板ＤをカートリッジＣから取り出したり、カートリッジＣ内に格納したりする機能と、載置部１５ａを降下させて基板Ｄをクリーン室１１内に搬入させるための機能とを、兼ね備えている。昇降自在な受渡し手段１５の載置部１５ａは、上側に位置した状態ではクリーン室１１外にあり、下側に位置した状態ではクリーン室１１内にある。カートリッジＣから取り出された基板Ｄは、クリーン室１１内で第２の基板移送ハンド２４によって捕捉される。

第２の基板移送ハンド２４には、鉛直方向に延在する回転軸（不図示）と、基端が回転軸の上端に固定された伸縮自在なアーム２４ａと、アーム２４ａの先端に固定され、基板Ｄを吸着保持する扁平な円形のハンド２４ｂと、が設けられている。第２の基板移送ハンド２４は、クリーン室１１内において、加工手段３０の前方に配置されている。第２の基板移送ハンド２４は、受渡し手段１５の載置部１５ａ上に載置された基板Ｄを、ハンド２４ｂにより吸着保持し、回転軸を中心としてアーム２４ａを回転させることで、保持した基板Ｄを加工手段３０に移送する。同様にして、第２の基板移送ハンド２４は、加工手段３０で加工された基板Ｄを、加工手段３０から受渡し手段１５の載置部１５ａに移送する。

クリーン室１１に配置された加工手段３０は、スピンコート装置である。このスピンコート装置３０では、フォトレジスト液（感光剤）の塗布が行われる。薬液滴下装置２８を利用して、このフォトレジスト液は、スピンコート装置３０の上にセットされた基板Ｄの中心に滴下される。

図３及び図４に示されるように、スピンコート装置３０は、クリーン室１１内に配置されると共に、載置台１４上に固定されたハウジング３１を有している。このハウジング３１は、載置台１４に固定されたカップ状のベース３２と、モータ駆動により、ベース３２に対して昇降自在な筒部３３と、によって構成されている。筒部３３の上端には円形の開口３３ａが形成され、筒部３３の下端はベース３２内に上から差し込まれている。筒部３３の上部には、円錐台形状の縮径部３３ｃが設けられ、基板Ｄのフォトレジスト塗布中に発生するミストを開口３３ａから外部に飛散し難くしている。

ハウジング３１内には、円柱体形状のスピンコート本体４０が配置され、ハウジング３１とスピンコート本体４０とは同心をなしている。スピンコート本体４０の上端には円板状の回転部４１が配置され、回転部４１の上面は、基板Ｄを載置させるための載置面４１ａが設けられている。この基板Ｄは回転部４１の載置面４１ａに吸着されて、回転部４１と一緒に高速回転する。回転部４１は、スピンコート本体４０内に収容されたモータにより高速で回転させることができる。

回転部４１の載置面４１ａに基板Ｄをセットする場合には、ハウジング３１の筒部３３が降下して、載置面４１ａを露出させる。基板Ｄのセット完了後、筒部３３が上昇して、ハウジング３１内に基板Ｄを配置させる。基板Ｄの周縁は、回転部４１の載置面４１ａの縁からはみ出しており、基板Ｄは、縮径部３３ｃで囲まれた空間内にセットされる。

ハウジング３１とスピンコート本体４０との間は、開口３３ａから流入した空気を下方に向かって流動させるための空気流動路Ｓが形成されている。断面環状で且つ上下方向に延在する空気流動路Ｓの下端において、ベース３２には、空気を排出するための排気口３５が設けられている。従って、空気を上から下に向かって流動させることができる。

空気流動路Ｓ内において、ハウジング３１の筒部３３の内壁面３３ｂには、載置面４１ａより下方に位置して、下流側で縦渦Ｒ（図５参照）を発生させる複数のフィン５０が立設されている。フィン５０は、縮径部３３ｃに近接して配置されている。図６に示されるように、フィン５０が無い場合、空気流動路Ｓ内では、基板Ｄにフォトレジストを塗布する際に発生するミストに渦流れＡが発生する。これに対して、図７に示されるように、フィン５０は、その上端が図６に示された渦流れＡの中心に来るように配置させている。

図５に示されるように、直角三角形の板状をなすフィン５０は、上から下に向かって、内壁面３３ｂからの高さが徐々に高くなる平面部５０ｂと、平面部５０ｂの一辺をなすと共に、上から下に向かって、内壁面３３ｂからの高さが徐々に高くなるように上下方向で線状に延在する斜辺５０ａと、を有している。図４に示されるように、フィン５０の直角三角形をなす平面部５０ｂは、円筒状をなすハウジング３１の中心軸線Ｌとフィン５０の底辺５０ｃとを通る基準平面Ｈに対し、回転部４１の回転方向Ｂに所定の角度αをもって傾けられている。空気流動路Ｓ内で適切な縦渦Ｒを発生させるために、この角度αは、約１５度に設定されている。このように、フィン５０を傾けることで、フィン５０の形状を大きくすることなく、効率良く縦渦Ｒを作り出すことができる。この場合、フィン５０の底辺５０ｃは、鉛直方向に延在している。

そして、フィン５０は、ハウジング３１の周方向に等間隔で配置されている。このようにフィン５０を配置することで、鉛直方向に発生する縦渦Ｒを周方向で均等に作り出すことができるので、基板Ｄの裏面７０Dにミストが付着するのを、効率良く抑制することができる。

なお、フィン５０の高さ、底辺５０ｃの長さ及び角度αは、ハウジング３１の内径、スピンコート本体４０の外径、空気流動路Ｓ内の流速などの諸条件により決定される

前述したスピンコート装置３０においては、基板Ｄが高速で回転するので、基板Ｄ上に薬液滴下装置２８によって滴下されたフォトレジスト液の飛散によってミストが発生するが、このミストの舞い上がりを防止するために空気流動路Ｓが設けられている。この空気流動路Ｓを大型化すればするほど、ミストの舞い上がりを防止することができる。しかしながら、空気流動路Ｓを大型化すると装置３０が大型化する。

そこで、空気流動路Ｓを小さくして、装置３０を小型化するために、スピンコート装置３０は、ハウジング３１の筒部３３の内壁面３３ｂに、載置面４１ａより下方に前述したような斜辺５０ａ及び平面部５０ｂを有するフィン５０を設けている。流体がフィン５０の斜辺５０ａを乗り越えるときに、縦渦Ｒが発生する。この縦渦Ｒによって、ミストの舞い上がりの原因になっていた空気の巻き返し部分Ｆ（図６参照）を、縦渦Ｒによって強制的に下方に追いやって、巻き返し部分Ｆを基板Ｄから遠ざけることができる（図７参照）。

これにより、基板Ｄの裏面７０Dの近傍で、下からのミストの巻き返しＦの影響を小さくすることができる。従って、例えスピンコート本体４０とハウジング３１の筒部３３の内壁面３３ｂとの間隔を小さくして、ハウジング３１の小型化すなわち装置３０の小型化を図っても、基板Ｄの裏面７０Dにミストを付着し難くできる。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、下記のような種々の変形が可能である。

例えば、フィン５０は、直角三角形でなくても、正三角形、二等辺三角形、不等辺三角形でもよい。

三角形状のフィン５０の底辺５０ｃは、鉛直方向に延在することなく、ハウジング３１の周面側から見て、鉛直軸線に対して傾けるように配置させてもよい。

１…半導体製造装置 １１…クリーン室 ２８…薬液滴下装置 ３０…スピンコート装置（加工手段） ３１…ハウジング ３３…筒部 ３３ａ…開口 ３３ｂ…内壁面 ４０…スピンコート本体 ４１…回転部 ４１ａ…載置面 ５０…フィン ５０ａ…斜辺 ５０ｂ…平面部 ５０ｃ…底辺 ７０D…基板の裏面 Ｂ…回転方向 Ｄ…基板 Ｈ…基準平面 Ｌ…中心軸線 Ｒ…縦渦 Ｓ…空気流動路 α…角度

Claims (3)

1. 基板を載置させるための載置面を有する回転部と、上部に前記回転部が配置されるスピンコート本体と、を有し、前記スピンコート本体は、上部に開口が形成されたハウジング内に配置され、前記スピンコート本体と前記ハウジングとの間は、前記開口から流入した空気が下方に向かって流動する空気流動路をなすスピンコート装置であって、
   前記空気流動路で、前記ハウジングの内壁面には、前記載置面より下方に位置して、下流側で縦渦を発生させるフィンが立設され、
   前記フィンは、上から下に向かって、前記内壁面からの高さが徐々に高くなる平面部を有する、
   スピンコート装置。
2. 三角形状を有する前記フィンの前記平面部は、円筒状をなす前記ハウジングの中心軸線と前記フィンの底辺とを通る基準平面に対し、前記回転部の回転方向に傾けられている、
   請求項１記載のスピンコート装置。
3. 前記フィンは、前記ハウジングの周方向に等間隔で配置されている、
   請求項１又は２記載のスピンコート装置。

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