JP2021084081A - 液だれ防止機構及び塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルの先端から塗布液が垂れ落ちることを防止することができる液だれ防止機構及び塗布装置を提供する。【解決手段】被塗布媒体１２に塗布液を供給するノズル２０に用いる液だれ防止機構１０は、ノズル２０に連通する塗布液供給管２２の一部に設けられた液だれ防止部３１であって、塗布液供給管２２の内部空間の一部を構成し且つ容積可変である容積可変室を有する液だれ防止部３１と、ノズル２０が塗布液の供給を停止した場合に、容積可変室の容積を拡大させることによりノズル２０からの液だれを防止する制御部５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明はウェハの表面に塗布液を供給するノズルの液だれを防止する液だれ防止機構及び塗布装置に関する。

半導体の製造では各種の膜をウェハの表面上に形成しつつ、ウェハを加工している。例えば、露光時にはウェハの表面にレジスト膜を形成したり、グルービング（溝加工）の際にはデバイス層を保護する保護膜を形成したりする。これらの膜を形成するために様々な塗布装置が提供されている。膜を形成する際には、塗布装置のノズルから種々の塗布液がウェハ表面に供給され、その塗布液を乾燥させる等の処理により膜が形成される。

このノズルから塗布液を供給した後、ノズルの管内に残存する塗布液がノズルの吐出口からウェハに垂れ落ちる（滴れ落ちる）、いわゆる液だれが生じることがある。この液だれは膜の厚さを不均一にする等の問題を起こすため、この液だれを防止する必要がある。

例えば、特許文献１及び２には、ノズルに塗布液を供給する配管上に逆止弁を設けた構成が開示されている。この逆止弁は、塗布液供給路に連通する内部空間と、この内部空間内に設けられた球体とを有する。ノズルから塗布液を供給する際には球体は内部空間内の塗布液中に浮遊する。塗布液の供給を止める際には球体が内部空間の下端に移動してノズルの先端への塗布液の供給を防ぐことにより、液だれを防止する。

特開２０１９−０９１８３７号公報 特開２０１９−０９６６６２号公報

しかし、特許文献１及び２に記載の技術では、ノズルの先端に残った塗布液の液だれを効果的に防ぐことができないという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、より効果的に液だれを防止可能な機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示に係わる、被塗布媒体に塗布液を供給するノズルに用いる液だれ防止機構は、ノズルに連通する塗布液供給管の一部に設けられた液だれ防止部であって、塗布液供給管の内部空間の一部を構成し且つ容積可変である容積可変室を有する液だれ防止部と、ノズルが塗布液の供給を停止した場合に、容積可変室の容積を拡大させることによりノズルからの液だれを防止する制御部と、を備える。

好ましくは、被塗布媒体への塗布液の供給が停止した場合、制御部は、塗布液供給管の長手軸方向に塗布液供給管を伸長させることにより容積可変室の容積を拡大させる。ノズルからの塗布液の供給が停止すると、ノズル中に残った塗布液はノズルの先端（ノズル口）からはみ出し、表面張力により垂直方向下向きに凸となる曲面を形成する。この場合に容積可変室の容積を拡大させると、塗布液供給管全体の容積が増加するため、ノズルの先端の塗布液はノズルの内部に引き込まれる。これにより、ノズルの先端に残った塗布液の液だれが抑制される。

なお、この容積可変室部の容積の変化をノズル駆動部によるノズルの上下動に連動させてもよい。これにより、ノズルの動作に応じて自動的に液だれ防止機構を作用させることができる。

好ましくは、上記液だれ防止機構において、容積可変室の上部はノズル駆動部に接続されて上下動可能であり、容積可変室の下部は不動であり、容積可変室の長さはノズル駆動部の上下動に連動して伸縮可能である。

好ましくは、塗布液供給管は垂直方向に平行に設けられた垂直供給管を備え、液だれ防止部は垂直供給管上に設けられる。

好ましくは、液だれ防止部は、塗布液供給管の一部に、蛇腹、入れ子管及び弾性管のいずれかを備える。この場合、容積可変室は、蛇腹、入れ子管、及び弾性管のいずれかの内側に形成される。

また、好ましくは、上記の液だれ防止機構はノズルの乾燥を防止する乾燥防止液を貯留する乾燥防止槽を更に備える。ノズルを使用しない場合にノズルの先端を乾燥防止液に浸してノズルの先端の乾燥を防ぐことが可能となる。

好ましくは、制御部は、乾燥防止液にノズルを浸す際における容積可変室の容積が、ノズルからの液だれを防止する際における容積可変室の容積よりも小さくなるように、容積可変室の容積を変化させる。これにより、ノズル内に気泡が無い状態でノズルの先端を乾燥防止液に浸すことができるため、効果的にノズルの先端の乾燥を防止することができる。

また、好ましくは上記の液だれ防止機構は塗布装置に適用される。

本発明によれば、塗布液の供給の停止後にノズルの先端に残った塗布液が垂れ落ちることを効果的に防止することが可能になる。

液だれ防止機構を備える塗布装置の概略構成図 塗布液の供給路及びノズル近傍の概略構成図 制御部の機能ブロック図 ノズルの動作を説明する図 液だれ防止機構の作用を説明する図 液だれ防止部の変形例を示す図 液だれ防止部の変形例を示す図

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。以下の説明において、例として、塗布装置を回転塗布装置とし、被塗布媒体（ワーク）をウェハとするが、塗布装置及び被塗布媒体を限定する趣旨ではない。

＜実施形態＞
まず、図１を用いて液だれ防止機構を備える塗布装置の構成について説明する。なお、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向は互いに直交する方向であり、Ｘ軸方向は水平方向、Ｙ軸方向はＸ軸方向に直交する水平方向、Ｚ軸方向は上下方向（垂直方向）である。図１に示す塗布装置１００は、テーブル１０と、ノズル２０と、液だれ防止機構３０と、テーブル回転装置４０と、制御部５０と、シールド（コート釜）６０とを備える。

テーブル１０は水平方向に平行であり、不図示の吸引装置を用いてウェハ１２を吸着保持する。例えば、平板状（flat plate-shaped）のウェハ１２の中心がテーブル１０の中心とほぼ一致するように、ウェハ１２はテーブル１０上に載置される。あるいは、ウェハ１２はダイシングテープ（不図示）を介してフレーム（不図示）に固定された状態で、テーブル１０上に載置されてもよい。

ノズル２０は膜を形成するための塗布液をウェハ１２に供給する。塗布液は形成される膜の種類に応じて適宜選択される。ノズル２０の直径は、例えば６ｍｍから８ｍｍである。

液だれ防止機構３０は塗布液の供給を停止した際にノズル２０の先端のノズル口２１からウェハ１２に塗布液が垂れ落ちることを防止する。液だれ防止機構３０は、液だれ防止部３１及びノズル駆動部３６を備える。ノズル駆動部３６はノズル２０をＺ軸に平行な回転軸周りに回転させたり、ノズル２０をＺ軸方向に移動（上下動）させたりする。ノズル駆動部３６は、不図示の回転モータ、線形アクチュエータ、ノズルの移動量及び回転量を検出する位置センサ等を含む。位置センサとして、例えばエンコーダが挙げられる。位置センサの検出結果からノズル２０とテーブル１０とのＸ、Ｙ、及びＺ軸方向の相対的位置（相対的距離）を得ることができる。ノズル駆動部３６の構成は公知であるため、詳しい説明を省略する。液だれ防止機構３０の構成及び動作の詳細については後述する。

テーブル回転装置４０は、不図示のモータを用いて、テーブル１０の中心を通りテーブル１０面に垂直な（Ｚ軸に平行な）回転軸を中心にしてテーブル１０を回転させる。制御部５０は塗布液の流量、液だれ防止機構３０（ノズル駆動部３６）及びテーブル回転装置４０を制御する。制御部５０について詳しくは後述する。

シールド６０はテーブル１０の周囲に立設される。シールド６０は、回転塗布を行う際にウェハ１２の表面上から飛散した塗布液を遮蔽し、塗布装置１００の他の機器が塗布液で汚染されることを防止する。なお、塗布液の粘度や塗布装置１００の種類によってはシールド６０が不要な場合もある。

図２は塗布液の供給路及びノズル２０近傍の概略構成図である。ノズル２０は塗布液供給管２２及びその他の配管を介して塗布液タンク２３に接続される。塗布液供給管２２は、Ｚ軸（長手軸方向）に平行に立設される。塗布液供給管２２は、例えばＸ−Ｙ平面に略平行な水平供給管２６と、Ｚ軸に略平行な垂直供給管２７とを有する。水平供給管２６の先端はノズル２０に連通し、水平供給管２６の基端は垂直供給管２７に連通する。垂直供給管２７の中心軸はノズル２０の回転軸と一致する。液だれ防止部３１は垂直供給管２７上にＺ軸方向に平行に設けられる。液だれ防止部３１は、例えば、Ｚ軸方向に伸縮可能な蛇腹（容積可変室）３２を有する。蛇腹３２の直径はノズル２０とほぼ同じ、例えば直径６ｍｍから８ｍｍである。また、蛇腹３２のＺ軸方向の長さは、例えば、３０ｍｍから４０ｍｍである。

垂直供給管２７の基端側には、配管を介して、下流側（ノズル２０側）から上流側（塗布液タンク２３側）に向かって順に、ポンプ２５、及び逆止弁（又は制御弁）２４が配置される。図２にはポンプ２５としてプランジャーポンプが示されている。塗布液を供給する際は、逆止弁２４を介して塗布液タンク２３から供給された塗布液がポンプ２５のプランジャーの往復動作により塗布液供給管２２に送り出される。塗布液の供給を停止する際はポンプ２５のプランジャーは停止する。ポンプ２５の停止時には、塗布液が塗布液供給管２２側から塗布液タンク２３側へ逆流することを防止するように逆止弁２４が作用する。なお、ポンプ２５はプランジャーポンプに限定されない。ポンプ２５として、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、ロータリーポンプ等の任意のポンプを使用可能である。

液だれ防止部３１の上部はノズル駆動部３６のアーム３４に接続され、上下動可能に構成される。液だれ防止部３１の下部は、例えば塗布装置１００の筐体等の任意の部材に固定され、不動に構成される。蛇腹３２の素材としては、金属、樹脂等が挙げられる。

更に、蛇腹３２が水平方向（Ｘ軸及びＹ軸方向）に大きく屈曲することを防止するガイド部材３３を蛇腹３２の周囲に設けてもよい。あるいは、蛇腹３２が水平方向に大きく屈曲することを防止する芯（不図示）をガイド部材として蛇腹３２の中に設けてもよい。

更に、ノズル２０の近傍には乾燥防止槽３５が設けられる。乾燥防止槽３５はノズルの乾燥を防止する乾燥防止液を貯留する。乾燥防止液として、塗布液と同じ溶液、水等が挙げられる。

図３は制御部５０の機能ブロック図である。制御部５０は、例えば、インターフェース５１、ノズル駆動制御部５２、流量制御部５３及びテーブル回転制御部５４を備える。インターフェース５１はユーザや各機器との間で命令やデータをやり取りする手段であり、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、ディスプレイ、スピーカ、データ通信機器（ネットワーク接続機器）等である。

ノズル駆動制御部５２はユーザからの命令及び位置センサからのデータに基づいてノズル駆動部３６を制御する。流量制御部５３はユーザからの命令に基づいてポンプ２５を制御することによりノズル２０に供給される塗布液の流量を制御する。テーブル回転制御部５４はテーブル回転装置４０を制御する。ノズル駆動制御部５２、流量制御部５３及びテーブル回転制御部５４は、例えばプロセッサを用いて実現される。図３では機能に応じてノズル駆動制御部５２、流量制御部５３及びテーブル回転制御部５４を別々に分けて示しているが、実際は１つのプロセッサで実現することも可能である。さらに、制御部５０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）（不図示）及びＲＡＭ（Random Access Memory）（不図示）等を備える。ＲＯＭに記憶されている制御プログラム等の各種プログラムがＲＡＭに展開され、ＲＡＭに展開されたプログラムがプロセッサによって実行されることにより、各種の演算処理や制御処理が実行される。

次に、図４を用いてノズル２０の動作について説明する。まず、図４において実線で示すように、ノズル駆動部３６はノズル口２１をテーブル１０に対向させるようにノズル２０を移動させる。この時、液だれ防止部３１の蛇腹３２が収縮した状態である。この状態でノズル２０から塗布液をウェハ１２上に供給する。

塗布液の供給が終わると、図４において一点鎖線で示すように、ノズル駆動部３６はアーム３４をＺ軸方向上向きに移動させる（上昇させる）ことによりノズル２０を上昇させ、シールド６０よりも上方にノズル２０を移動（退避）させる。液だれ防止部３１の上部はアーム３４に可動に接続されている一方で、液だれ防止部３１の下部は不動であるため、アーム３４の上昇に連動して液だれ防止部３１の蛇腹３２は伸長した状態になる。続いて、ノズル駆動部３６は垂直供給管２７を中心（回転軸）としてノズル２０を回転させて乾燥防止槽３５の上方にノズル２０を移動させる。その後、図４において点線で示すように、ノズル駆動部３６はアーム３４を下降させることによりノズル２０を下降させ、ノズル口２１を乾燥防止槽３５に貯留される乾燥防止液に浸す。この時、アーム３４の下降に連動して、液だれ防止部３１の蛇腹３２は収縮した状態になる。

続いて、図４に示すようにノズル２０が動作する際における、液だれ防止機構３０の作用について図５を用いて説明する。図５において、符号５Ａは塗布液の供給の停止直後におけるノズル２０の概略断面図であり、符号５Ｂは液だれ防止部を伸長させた場合におけるノズル２０の概略断面図であり、符号５Ｃはノズル口２１を乾燥防止槽３５に浸している場合におけるノズル２０の概略断面図である。また、図５において斜線は塗布液の様子を示す。

符号５Ａに示すように、ノズル２０からの塗布液の供給が停止すると、ノズル２０中に残った塗布液はノズル口２１の端部からはみ出し、表面張力により垂直方向下向きに凸となる曲面を形成する。符号５Ａに示す状態からアーム３４を上昇させると、符号５Ｂに示すように蛇腹３２が伸長する（蛇腹の容積が増加する）ため、塗布液供給管２２全体の容積が増加する。つまり、蛇腹３２の内側は容積可変な容積可変室として機能する。塗布液供給管２２全体の容積が増加するため、ノズル口２１の端部からはみ出していた塗布液はノズル２０の内部に引き込まれ、表面張力により垂直方向上向きに凸となる曲面を形成する。符号５Ｂに示す状態では、塗布液の液だれは抑制される。符号５Ｂに示す状態でノズル２０は回転され、乾燥防止槽３５の上方まで移動される。

乾燥防止槽３５に貯留される乾燥防止液にノズル口２１を浸す際には、符号５Ｃに示すように液だれ防止部３１の蛇腹３２は収縮した状態になる。このとき、符号５Ａに示す状態から符号５Ｂに示す状態にする際にノズル２０を上昇させた移動量以上だけノズル２０を下降させることが望ましい。言い換えると、蛇腹３２が伸長された長さ以上だけ、蛇腹３２を収縮させることが望ましい。

これにより、ノズル口２１を乾燥防止液に浸す際における蛇腹３２の容積は、塗布液を供給する際における蛇腹３２の容積以下となる。その結果、ノズル２０の内部に引き込まれていた塗布液はノズル口２１の端部からはみ出すようになるため、ノズル２０はノズル２０の内部に気泡が無い状態になる。気泡が無い状態でノズル口２１を乾燥防止槽３５内の乾燥防止液に浸すことができるため、効果的にノズル口２１の乾燥を防止することができる。また、乾燥防止液に浸す際に仮に塗布液が液だれしたとしても、乾燥防止槽３５内に塗布液が落ちるにすぎないため、他の機器が塗布液によって汚染される問題は生じない。

このように、液だれ防止機構３０によれば、塗布液供給管２２の容積を増減させることにより、塗布液の供給の停止後にノズル２０の先端に残った塗布液の液だれを防止することができる。

また、従来の塗布装置に備えられるノズル駆動部を液だれ防止機構３０のノズル駆動部３６として兼用（流用）することができるため、安価に液だれ防止機構３０を実現することができる。

＜変形例＞
以下、この液だれ防止機構３０の液だれ防止部３１の変形例について図６及び図７を用いて説明する。

図６に示す変形例では、液だれ防止部３１は、蛇腹３２に代えて、入れ子管（telescopic tube）３７を備える。入れ子管３７は外側管３７−１と及び内側管３７−２とを有する。内側管３７−２の外径は外側管３７−１の内径より小さいため内側管３７−２は外側管３７−１の内側を摺動可能であり、内側管３７−２と外側管３７−１とが塗布液供給管２２（垂直供給管２７）の長手軸方向に相対的に移動可能である。外側管と内側管との間はシール３８（例えばＯリング）によって液密に構成される。図６において符号６Ａに示す状態からアーム３４が上昇すると符号６Ｂに示すように入れ子管３７が伸長するため、蛇腹３２を用いる液だれ防止部３１と同様な効果を得ることができる。図６に示す変形例の場合、入れ子管３７の内側が容積可変室に相当する。

図７に示す変形例では、液だれ防止部３１は、蛇腹３２に代えて、伸縮可能な弾性管３９を備える。弾性管３９は塗布液供給管２２（垂直供給管２７）の長手軸方向に伸縮可能である。弾性管３９の素材としては、例えば、シリコーン等のゴムが挙げられる。図７において符号７Ａに示す状態からアーム３４が上昇すると符号７Ｂに示すように弾性管３９が伸長するため、蛇腹３２を用いる液だれ防止部３１と同様な効果を得ることができる。図７に示す変形例の場合、弾性管３９の内側が容積可変室に相当する。

＜効果＞
以上説明したように、本開示に係わる液だれ防止機構３０によれば、塗布液の供給の停止後にノズルの先端に残った塗布液が垂れ落ちることを効果的に防止することができる。

液だれ防止機構３０を駆動する構成として、従来の塗布装置に備えられるノズル駆動部を兼用（流用）することができるため、安価に液だれ防止機構３０を実現することができる。

ノズル２０の内部に気泡が無い状態でノズル口２１を乾燥防止槽３５内の乾燥防止液に浸すことができるため、効果的にノズル口２１の乾燥を防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…テーブル、１２…ウェハ、２０…ノズル、２１…ノズル口、２２…塗布液供給管、２３…塗布液タンク、２４…逆止弁、２５…ポンプ、２６…水平供給管、２７…垂直供給管、３０…液だれ防止機構、３１…液だれ防止部、３２…蛇腹、３３…ガイド部材、３４…アーム、３５…乾燥防止槽、３６…ノズル駆動部、３７…入れ子管、３８…シール、３９…弾性管、４０…テーブル回転装置、５０…制御部、５１…インターフェース、５２…ノズル駆動制御部、５３…流量制御部、５４…テーブル回転制御部、１００…塗布装置

Claims (9)

1. 被塗布媒体に塗布液を供給するノズルに用いる液だれ防止機構であって、
   前記ノズルに連通する塗布液供給管の一部に設けられた液だれ防止部であって、前記塗布液供給管の内部空間の一部を構成し且つ容積可変である容積可変室を有する液だれ防止部と、
   前記ノズルが前記塗布液の供給を停止した場合に、前記容積可変室の容積を拡大させることにより前記ノズルからの液だれを防止する制御部と、
   を備える液だれ防止機構。
2. 前記被塗布媒体への前記塗布液の供給が停止した場合、前記制御部は、前記塗布液供給管の長手軸方向に前記塗布液供給管を伸長させることにより前記容積可変室の容積を拡大させる、
   請求項１に記載の液だれ防止機構。
3. 前記液だれ防止部は、前記塗布液供給管の一部に設けられた蛇腹により構成され、
   前記蛇腹は前記塗布液供給管の長手軸方向に沿って伸縮可能であり、
   前記容積可変室は、前記蛇腹の内側に形成される、
   請求項２に記載の液だれ防止機構。
4. 前記蛇腹の伸縮方向をガイドするガイド部材を備える、
   請求項３に記載の液だれ防止機構。
5. 前記液だれ防止部は、前記塗布液供給管の一部に設けられた入れ子管により構成され、
   前記入れ子管は、内側管と外側管とを有し、前記内側管と前記外側管とが前記塗布液供給管の長手軸方向に相対的に移動可能であり、
   前記容積可変室は、前記入れ子管の内側に形成される、
   請求項２に記載の液だれ防止機構。
6. 前記液だれ防止部は、前記塗布液供給管の一部に設けられた弾性管により構成され、
   前記弾性管は前記塗布液供給管の長手軸方向に沿って伸縮可能であり、
   前記容積可変室は、前記弾性管の内側に形成される、
   請求項２に記載の液だれ防止機構。
7. 前記ノズルの乾燥を防止する乾燥防止液を貯留する乾燥防止槽を更に備える、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の液だれ防止機構。
8. 前記制御部は、前記乾燥防止液に前記ノズルを浸す際における前記容積可変室の容積が、前記ノズルからの液だれを防止する際における前記容積可変室の容積よりも小さくなるように、前記容積可変室の容積を変化させる、
   請求項７に記載の液だれ防止機構。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の液だれ防止機構と、
   前記被塗布媒体を保持する回転テーブルと、
   前記被塗布媒体に向けて塗布液を供給するノズルと、
   前記ノズルに連通する塗布液供給管と、
   を備え、
   前記塗布液供給管の一部が前記液だれ防止部によって構成される、
   塗布装置。

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