JPH1022214A - 薬液塗布用ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズル先端での液溜まりを防止することによ
って、薬液の塗布むらを防止し、半導体ウェーハ上での
薬液による膜厚の均一性を向上させることができるよう
にする。 【解決手段】 ノズル１１は、配管１２の先端部に外嵌
される円筒形状の基部１１ａと、基部１１ａの先端側に
連続するように設けられ、先端側ほど小径となる管状の
中間部１１ｂと、中間部１１ｂの先端側に連続するよう
に設けられ、先端側ほど大径となる管状の先端部１１ｃ
とを有する管状部材によって形成されている。ノズル１
１の先端側の切断面２２は、ノズル１１において最も径
が小さい部分における断面よりも径方向の外側に位置し
ている。薬液吐出時には、薬液がノズル１１の切断面２
２に接触することがなく、薬液の液溜まりが発生しな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薬液をウェーハ上
に塗布しコーティングするための半導体製造装置に用い
られ、薬液をウェーハ上に吐出するための薬液塗布用ノ
ズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、レジスト等の薬液をウェーハ
上に塗布しコーティングするための半導体製造装置であ
る塗布装置の一部を構成する薬液吐出装置の概略の構成
を示す説明図である。この薬液吐出装置は、薬液をウェ
ーハ１０１上に吐出するためのノズル１１１と、一端が
ノズル１１１に接続された例えばステンレス鋼製の配管
１１２と、この配管１１２の他端に接続されたサックバ
ックユニット１１３と、薬液を収容する薬液供給ビン１
１４と、配管１１６を介してサックバックユニット１１
３に接続されると共に配管１１７，１１８を介して薬液
供給ビン１１４に接続され、薬液供給ビン１１４に収容
された薬液をサックバックユニット１１３に送る薬液ポ
ンプ１１５とを備えている。なお、ウェーハ１０１は、
図示しないスピンチャックによって支持され、図示しな
いスピンモータによって高速回転されるようになってい
る。スピンチャックの周囲にはウェーハ１０１を囲うよ
うにスピンカップ１０２が設けられている。塗布装置
は、これら薬液吐出装置、スピンチャック、スピンモー
タおよびスピンカップ１０２等によって構成される。

【０００３】図１２は図１１における配管１１２の先端
側およびノズル１１１を拡大して示す斜視図である。こ
の図に示したように、従来のノズル１１１は、いわゆる
キャピラリ型のノズルであり、配管１１２の先端部に外
嵌される円筒形状の基部１１１ａと、この基部１１１ａ
の先端側に連続するように設けられ、先端側ほど小径と
なる管状の先端部１１１ｂとを有する管状部材によって
形成されている。

【０００４】図１１に示した薬液吐出装置では、薬液供
給ビン１１４に収容された薬液は、薬液ポンプ１１５に
よってサックバックユニット１１３に送られ、このサッ
クバックユニット１１３を通り、更に配管１１２を通っ
て、ノズル１１１から、スピンチャックによって固定さ
れたウェーハ１０１上に吐出される。その後、ウェーハ
１０１はスピンモータによって高速回転され、ウェーハ
１０１上に薬液が塗布される。図１２に示したように、
薬液の吐出後、ノズル１１１内の薬液１２１は、サック
バックユニット１１３によってサックバックされるよう
になっている。サックバックとは、薬液の吐出後、ノズ
ル１１１内の薬液１２１をノズル１１１の先端より例え
ば２〜３ｍｍ戻すように吸引することである。このサッ
クバックにより、薬液の液だれや、ノズル１１１先端で
の薬液の乾燥が防止される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のキャ
ピラリ型のノズル１１１では、薬液吐出時に、ノズル１
１１の先端の切断面（ノズル１１１を形成する管状部材
の先端側の端面）１２２に薬液が当たってしまうため、
薬液がこの切断面１２２に引っ掛かって、図１２に示し
たように、薬液の液溜まり１２３が発生し易かった。こ
の液溜まり１２３は、乾燥等によりゲル化を起こし、こ
の状態でウェーハ１０１上に薬液をコーティングすると
塗布むらが発生し、ウェーハ１０１上での薬液による膜
厚の均一性が悪化するという問題点があった。

【０００６】また、液溜まり１２３が発生する頻度は、
サックバックの速さであるサックバックスピードに関係
し、サックバックスピードが速すぎても遅すぎても液溜
まり１２３が発生し易かった。そのため、従来は、液溜
まり１２３が発生しないようにするために、サックバッ
クスピードの調整が難しかった。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、先端での液溜まりを防止することに
よって、薬液の塗布むらを防止し、ウェーハ上での薬液
による膜厚の均一性を向上させることができるようにす
ると共に、サックバックスピードの調整を容易にするこ
とができるようにした薬液塗布用ノズルを提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の薬液塗布用ノズ
ルは、薬液をウェーハ上に塗布し、コーティングするた
めの半導体製造装置に用いられ、薬液をウェーハ上に吐
出するための薬液塗布用ノズルであって、先端側の切断
面が、薬液塗布用ノズルにおいて最も径が小さい部分に
おける断面よりも径方向の外側に位置しているものであ
る。なお、薬液塗布用ノズルにおける先端側の切断面と
は、薬液塗布用ノズルを形成する管状部材の両端に存在
する２つの環状の端面のうちの先端側のものを言い、必
ずしも薬液塗布用ノズルの先端に位置するとは限らな
い。

【０００９】この薬液塗布用ノズルでは、先端側の切断
面が、薬液塗布用ノズルにおいて最も径が小さい部分に
おける断面よりも径方向の外側に位置しているので、薬
液吐出時に、先端側の切断面に薬液が接触しにくく、そ
の結果、先端での液溜まりが防止される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１
の実施の形態に係る薬液塗布用ノズルを含む薬液吐出装
置の概略の構成を示す説明図である。この薬液吐出装置
は、レジスト等の薬液をウェーハ上に塗布し、コーティ
ングするための半導体製造装置である塗布装置の一部を
構成する。薬液吐出装置は、薬液をウェーハ１上に吐出
するための本実施の形態に係る薬液塗布用ノズル（以
下、単にノズルとも記す。）１１と、一端がノズル１１
に接続された例えばステンレス鋼製の配管１２と、この
配管１２の他端に接続され、サックバックを行うサック
バックユニット１３と、薬液を収容する薬液供給ビン１
４と、配管１６を介してサックバックユニット１３に接
続されると共に配管１７，１８を介して薬液供給ビン１
４に接続され、薬液供給ビン１４に収容された薬液をサ
ックバックユニット１３に送る薬液ポンプ１５とを備え
ている。なお、ウェーハ１は、図示しないスピンチャッ
クによって支持され、図示しないスピンモータによって
高速回転されるようになっている。スピンチャックの周
囲にはウェーハ１を囲うようにスピンカップ２が設けら
れている。塗布装置は、これら薬液吐出装置、スピンチ
ャック、スピンモータおよびスピンカップ２等によって
構成される。

【００１１】図２は図１における配管１２の先端側およ
びノズル１１を拡大して示す斜視図、図３は図２に示し
たノズル１１の断面図である。これらの図に示したよう
に、ノズル１１は、配管１２の先端部に外嵌される円筒
形状の基部１１ａと、この基部１１ａの先端側に連続す
るように設けられ、先端側ほど小径となる管状の中間部
１１ｂと、この中間部１１ｂの先端側に連続するように
設けられ、先端側ほど大径となる管状の先端部１１ｃと
を有する管状部材によって形成されている。このノズル
１１において最も径が小さい部分は、中間部１１ｂと先
端部１１ｃとの境界部分である。また、ノズル１１の先
端側の切断面（ノズル１１を形成する管状部材の両端に
存在する２つの環状の端面のうちの先端側のもの）２２
は、ノズル１１において最も径が小さい部分における断
面よりも径方向の外側に位置している。

【００１２】図４および図５はサックバックユニット１
３の断面図である。このサックバックユニット１３は本
体１３１を備え、本体１３１の内部には空間１３２が形
成されていると共に、本体１３１の下部に円柱状の空間
１３３があり、その両端がそれぞれ配管１２と配管１６
に接続されている。空間１３２内には、可動部材１３５
が上下動可能に配設されている。可動部材１３５は、ば
ね１３６によって上方向に付勢されている。空間１３２
の底部には、空間１３３に連通する孔が形成されてい
る。この孔内には、ダイヤフラム駆動軸１３８が上下動
可能に挿通され、ダイヤフラム駆動軸１３８の先端部
は、空間１３３に当接するダイフラム１３９に連結され
ている。可動部材１３５とダイヤフラム駆動軸１３８は
金属製のねじ１３４で連結されている。本体１３１の上
部には、調整用ねじ１４０が螺入され、この調整用ねじ
１４０の先端部は空間１３２内に導入されている。本体
１３１の側部には、空間１３２内における可動部材１３
５よりも上側の空間に連通する操作ポート１４１が設け
られ、この操作ポート１４１には管１４２が接続されて
いる。

【００１３】ここで、サックバックユニット１３の動作
を説明する。薬液は、配管１６，サックバックユニット
１３内の空間１３３および配管１２を通ってノズル１１
に供給される。薬液をノズル１１に供給するときには、
図４に示したように、管１４２および操作ポート１４１
を通して、チッソガス等の流体を、空間１３２内におけ
る可動部材１３５よりも上側の空間に供給する。これに
より、可動部材１３５は空間１３２内の下方に移動し、
ダイヤフラム駆動軸１３８も下方に移動し、ダイヤフラ
ム１３９によって空間１３３が押圧される。一方、ノズ
ル１１に対する薬液の供給を停止したときは、図５に示
したように、空間１３２内への流体の供給を停止する。
これにより、可動部材１３５は、ばね１３６によって付
勢されて空間１３２内の上方に移動し、ダイヤフラム駆
動軸１３８も上方に移動する。その結果、ダイヤフラム
１３９による空間１３３の押圧が解除され、押圧されて
いたときに比べて空間１３３内の容積が増え、薬液がノ
ズル１１の先端より若干戻る。

【００１４】なお、可動部材１３５が上方に移動したと
きには、可動部材１３５の上端部が調整用ねじ１４０の
先端部に当接する。従って、調整用ねじ１４０の上下方
向の位置を調整することで、薬液の戻り量を調整するこ
とができる。また、サックバックスピードは、管１４２
の途中に設けられた図示しないニードルバルブ等によっ
て、管１４２を通過する流体の流量を調整することによ
って行われる。

【００１５】次に、図１に示した薬液吐出装置の動作に
ついて説明する。薬液供給ビン１４に収容された薬液
は、薬液ポンプ１５によってサックバックユニット１３
に送られ、このサックバックユニット１３を通り、更に
配管１２を通って、ノズル１１から、スピンチャックに
よって固定されたウェーハ１上に吐出される。その後、
ウェーハ１はスピンモータによって高速回転され、ウェ
ーハ１上に薬液が塗布され、コーティングされる。図２
に示したように、薬液の吐出後、ノズル１１内の薬液２
１は、サックバックユニット１３によって、ノズル１１
の先端より例えば２〜３ｍｍ戻るように調整されてい
る。

【００１６】本実施の形態に係るノズル１１は、図２お
よび図３に示したように、先端部１１ｃが先端側ほど大
径となるように形成され、ノズル１１の先端側の切断面
２２が、ノズル１１において最も径が小さい部分におけ
る断面よりも径方向の外側に位置しているので、薬液吐
出時に薬液がノズル１１の切断面２２に接触することが
ない。そのため、薬液の液溜まりが発生せず、薬液の塗
布むらを防止でき、ウェーハ１上での薬液による膜厚の
均一性を向上させることができる。また、ノズル１１で
の液溜まりが発生しないようにサックバックスピードを
調整する必要がないので、サックバックスピードの調整
が容易になる。

【００１７】ここで、図６を用いて、本実施の形態に係
るノズル１１を使用した場合と従来のキャピラリ型のノ
ズル１１１を使用した場合の薬液による膜厚の均一性を
比較する。図６（ａ）は、従来のキャピラリ型のノズル
１１１を使用し、連続して２５枚のウェーハに薬液をコ
ーティングしたときの薬液による膜厚の測定結果であ
る。図６（ｂ）は、薬液コーティング後の膜厚を半径方
向について異なる２３箇所で測定して得られた膜厚の最
大値と最小値との差をレンジとして示したものである。
同様に、図６（ｃ）は、本実施の形態に係るノズル１１
を使用し、連続して２５枚のウェーハに薬液をコーティ
ングしたときの薬液による膜厚の測定結果である。図６
（ｄ）は、薬液コーティング後の膜厚を半径方向につい
て異なる２３箇所で測定して得られた膜厚の最大値と最
小値との差をレンジとして示したものである。なお、使
用した薬液はレジストである。これらの図から、従来の
キャピラリ型のノズル１１１を使用した場合に比べて、
本実施の形態に係るノズル１１を使用した場合の方が、
膜厚の均一性が向上していることが分かる。

【００１８】次に、図７および図８を参照して、本発明
の第２の実施の形態について説明する。図７は図１にお
ける配管１２の先端側および本実施の形態に係るノズル
を拡大して示す斜視図、図８は図７に示したノズルの断
面図である。本実施の形態に係るノズル３１は、図１に
示した薬液吐出装置において第１の実施の形態における
ノズル１１の代わりに使用される。ノズル３１は、ノズ
ル１１における基部１１ａおよび中間部１１ｂと同様の
基部３１ａおよび中間部３１ｂと、中間部３１ｂの先端
側に連続するように設けられ、先端側ほど大径となるよ
うに形成されると共に途中で周方向の外側に折り返され
た先端部３１ｃとを有する管状部材によって形成されて
いる。このノズル３１では、先端側の切断面３２は上を
向いている。また、先端部３１ｃにおける折り返し部分
は滑らかな曲面になっている。ノズル３１において最も
径が小さい部分は、中間部３１ｂと先端部３１ｃとの境
界部分である。また、ノズル３１の先端側の切断面３２
は、ノズル３１において最も径が小さい部分における断
面よりも径方向の外側に位置している。本実施の形態に
係るノズル３１の場合も、薬液吐出時に薬液がノズル３
１の切断面３２に接触することがないので、薬液の液溜
まりが発生せず、薬液の塗布むらを防止できる。その他
の構成、作用および効果は第１の実施の形態と同様であ
る。

【００１９】次に、図９および図１０を参照して、本発
明の第３の実施の形態について説明する。図９は図１に
おける配管１２の先端側および本実施の形態に係るノズ
ルを拡大して示す斜視図、図１０は図９に示したノズル
の断面図である。本実施の形態に係るノズル４１は、図
１に示した薬液吐出装置において第１の実施の形態にお
けるノズル１１の代わりに使用される。ノズル４１は、
ノズル１１における基部１１ａおよび中間部１１ｂと同
様の基部４１ａおよび中間部４１ｂと、中間部４１ｂの
先端側に連続するように設けられ、周方向外側に向けて
拡径された円板状の先端部４１ｃとを有する管状部材に
よって形成されている。このノズル４１では、先端側の
切断面４２は径方向外側に向いている。また、中間部４
１ｂと先端部４１ｃとの境界部分は滑らかな曲面になっ
ている。ノズル４１において最も径が小さい部分は、中
間部４１ｂと先端部４１ｃとの境界部分である。また、
ノズル４１の先端側の切断面４２は、ノズル４１におい
て最も径が小さい部分における断面よりも径方向の外側
に位置している。本実施の形態に係るノズル４１の場合
も、薬液吐出時に薬液がノズル４１の切断面４２に接触
することがないので、薬液の液溜まりが発生せず、薬液
の塗布むらを防止できる。その他の構成、作用および効
果は第１の実施の形態と同様である。

【００２０】なお、本発明は上記各実施の形態に限定さ
れず、例えば、ノズルの形状は、上記各実施の形態に示
した形状に限らず、先端側の切断面がノズルにおいて最
も径が小さい部分における断面よりも径方向の外側に位
置しているという条件の範囲内で適宜に変更可能であ
る。また、本発明は、薬液としてレジストを使用する場
合に限らず、現像液等の他の薬液を使用する場合にも適
用することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の薬液塗布用
ノズルによれば、先端側の切断面が、薬液塗布用ノズル
において最も径が小さい部分における断面よりも径方向
の外側に位置しているので、薬液吐出時に先端側の切断
面に薬液が接触しにくくなる。そのため、先端での液溜
まりを防止でき、薬液の塗布むらを防止し、ウェーハ上
での薬液による膜厚の均一性を向上させることができる
と共に、サックバックスピードの調整を容易にすること
ができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る薬液塗布用ノ
ズルを含む薬液吐出装置の概略の構成を示す説明図であ
る。

【図２】図１における配管の先端側およびノズルを拡大
して示す斜視図である。

【図３】図２に示したノズルの断面図である。

【図４】図１におけるサックバックユニットの断面図で
ある。

【図５】図４に示したサックバックユニットの他の状態
を示す断面図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態に係るノズルを使用
した場合と従来のキャピラリ型のノズルを使用した場合
の薬液による膜厚の測定結果を示す説明図である。

【図７】図１における配管の先端側および本発明の第２
の実施の形態に係るノズルを拡大して示す斜視図であ
る。

【図８】図７に示したノズルの断面図である。

【図９】図１における配管の先端側および本発明の第３
の実施の形態に係るノズルを拡大して示す斜視図であ
る。

【図１０】図９に示したノズルの断面図である。

【図１１】従来のノズルを使用した薬液吐出装置の概略
の構成を示す説明図である。

【図１２】図１１における配管の先端側およびノズルを
拡大して示す斜視図である。

【符号の説明】

１…ウェーハ、１１…ノズル、１１ａ…基部、１１ｂ…
中間部、１１ｃ…先端部、１２…配管、１３…サックバ
ックユニット、２１…薬液、２２…切断面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｆ 7/30 ５０２ Ｂ６５Ｄ 83/00 Ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薬液をウェーハ上に塗布し、コーティン
   グするための半導体製造装置に用いられ、薬液をウェー
   ハ上に吐出するための薬液塗布用ノズルであって、 先端側の切断面が、薬液塗布用ノズルにおいて最も径が
   小さい部分における断面よりも径方向の外側に位置して
   いることを特徴とする薬液塗布用ノズル。