(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を載置する載置部と、開口部を有するガス吹出部と、ガス吸引路とを有し、
前記載置部は、前記開口部の内壁面を、前記開口部に対して垂直な方向に伸ばした面を外周面とする空間内に位置し、
前記開口部は、内壁面にガスを吹出量Ｖ１（Ｌ／ｍｉｎ）で該開口部に対して垂直な一方方向に吹き出すガス吹出口を有し、
前記ガス吸引路は、ガスを吸引量Ｖ２（Ｌ／ｍｉｎ）で吹き出す方向とは逆方向にガスを吸引するように形成されており、
吸引されたガスが、流量Ｖ２（Ｌ／ｍｉｎ）で前記開口部を通過する柱状層流となり、
前記柱状層流とならなかった残りのガス（Ｖ１−Ｖ２＞０）が、前記開口部を通らずに周辺領域に拡散することを特徴とする柱状層流生成装置。
【請求項２】
前記ガス吹出口が、上方へガスを吹き出すように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の柱状層流生成装置。
【請求項３】
前記載置部が、回転可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の柱状層流生成装置。
【請求項４】
前記ガスを前記ガス吹出部に供給する給気管が、フィルタを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の柱状層流生成装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の柱状層流生成装置を備えることを特徴とするウェハ処理装置。
【請求項６】
請求項３または４に記載の柱状層流生成装置を備えることを特徴とする回転塗布装置。
【請求項７】
開口部の内壁面に設けられたガス吹出口から該開口部に対して垂直な一方方向にガスを吹出量Ｖ１（Ｌ／ｍｉｎ）で吹き出し、
前記開口部より前記ガスを吹き出す方向とは逆方向にガスを吸引量Ｖ２（Ｌ／ｍｉｎ）で吸引し、
吸引されたガスが、流量Ｖ２（Ｌ／ｍｉｎ）で前記開口部を通過する柱状層流を生成し、前記柱状層流とならなかった残りのガス（Ｖ１−Ｖ２＞０）が、前記開口部を通らずに周辺領域に拡散することを特徴とする柱状層流生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱状層流生成装置と柱状層流の生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造、ＭＥＭＳ製造、画像表示装置製造、紫外線照射処理、コーティング等の技術分野において、塵埃等の異物排除、活性ガス排除、温湿度管理等のために、ガスを排出しながら、清浄度やガス種等が制御された置換ガスを送り込み、一定の雰囲気下に管理することが行われている。
置換ガスを、適当に空間に吹き入れても、ガス流が乱れて乱流（Ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ  ｆｌｏｗ）となり、異物等を含むガス、活性ガス、所望の温湿度でないガス等（以下、被置換ガスという。）は、なかなか排出されない。乱れていないガス流、すなわち、渦流にならずに直線的にガスが一方向に流れているガス流を、層流（Ｌａｍｉｎａｒ  ｆｌｏｗ）、または一方向流（ｏｎｅ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｆｌｏｗ）といい、置換ガスを層流として吹き入れることで、被置換ガスを速やかに空間から排出することができる。層流のうち、ピストンで押したかのように、置換ガスをその空間の体積だけ入れたとき、被置換ガスが全て排出される場合を、最も置換効率に優れた層流として、ピストン流（Ｐｉｓｔｏｎ  ｆｌｏｗ）という。
【０００３】
通常、層流を作るには、送風ファンとＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ等の高性能フィルタとが一体的に組み立てられたファンフィルタユニットを吹出口である天井全面に、グレーティング等を吸引口である床全面に配置し、上下に均一吹き出し／均一排気構造にする必要がある（特許文献１）。
従来の均一吹き出し／均一排気構造において、層流を生成するには、高性能フィルタから強い圧力でガスを押し出さねばならず、高性能フィルタから吹き出すガスの風速は、３５０ｍｍ／ｓｅｃ程度に達する。そして、空気を清浄化するには、風速が速いほど、フィルタを厚くする必要がある。半導体製造に用いられる高性能フィルタは、圧力損失を低減するために折り畳み構造を有し厚みを有するものであるが、２０〜３０ｃｍの厚みを有するものが用いられる。
均一吹き出し／均一排気構造では、２０〜３０ｃｍ厚のフィルタから、およそ３５０ｍｍ／ｓｅｃという速い風速でガスを押し出すために、大型で強力な送風ファンを用いなければならない。また、天井全面から速い風速で押し出されるガスは、膨大な体積であり、ガスを循環させるポンプや、ガスの温度・湿度を一定に保つための空調機器、加湿器等も大規模なものが必要である。そのため、クリーンルームは、初期設備投資が膨大な額となる。また、クリーンルームは常時稼働しているため、大型の送風ファン、空調機器等にかかる電気代、水道代、また、定期的に交換されるフィルタ費用等の維持費用も多額となる。
【０００４】
ここで、層流が用いられている分野において、層流によるガスの置換を必要とする領域の面積は、実際に層流化されている面積と比較すると僅かである。例えば、半導体製造工場では、複数の製造装置が設置された大規模クリーンルームが用いられているが、実際にはウェハが通過する所だけ、または、ウェハが密閉搬送容器に入っている場合はウェハ処理装置と密閉搬送容器とのドッキング部分だけクリーン化すればよい。
本発明者らは、実際に必要な領域のみを雰囲気制御するために、薬液処理カップの上面開口部の外縁近傍にガス噴出口を設け、上面開口部の中心方向にガスを噴出することで、薬液処理カップ内をガスで充満させるとともに、薬液処理カップ内への外気の侵入を抑えることを提案している（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２１８３５３号公報
【特許文献２】特開２０１５−１０９２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、柱状層流を生成することのできる柱状層流生成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１．被処理物を載置する載置部と、開口部を有するガス吹出部と、ガス吸引路とを有し、
前記載置部は、前記開口部の内壁面を、前記開口部に対して垂直な方向に伸ばした面を外周面とする空間内に位置し、
前記開口部は、内壁面にガスを該開口部に対して垂直な一方方向に吹き出すガス吹出口を有し、
前記ガス吸引路は、ガスを吹き出す方向とは逆方向にガスを吸引するように形成されていることを特徴とする柱状層流生成装置。
２．前記ガス吹出口が、上方へガスを吹き出すように形成されていることを特徴とする１．に記載の柱状層流生成装置。
３．前記載置部が、回転可能であることを特徴とする１．または２．に記載の柱状層流生成装置。
４．前記ガスを前記ガス吹出部に供給する給気管が、フィルタを有することを特徴とする１．〜３．のいずれかに記載の柱状層流生成装置。
５．１．〜４．のいずれかに記載の柱状層流生成装置を備えることを特徴とするウェハ処理装置。
６．３．または４．に記載の柱状層流生成装置を備えることを特徴とする回転塗布装置。
７．開口部の内壁面に設けられたガス吹出口から該開口部に対して垂直な一方方向にガスを吹き出し、
前記開口部より前記ガスを吹き出す方向とは逆方向にガスを吸引し、
前記開口部を通過する柱状層流を生成することを特徴とする柱状層流生成方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の柱状層流生成装置により、局所的に層流を生成することができる。従来の製造装置が設置されている部屋、または製造装置内の天井全面を吹出口、床全面を吸引口として層流を生成する方法と異なり、本来、層流を必要とする領域のみに層流を形成することができる。また、本発明の柱状層流生成装置は、開口部の形状により、任意の大きさ、断面形状を有する柱状層流を生成することができる。多くの場合、層流を用いて雰囲気を管理せねばならない領域は、天井全面積に対して１０分の１以下であり、本発明の柱状層流生成装置を用いて、必要な領域のみに層流を生成すれば、置換ガスの量を１０分の１以下にすることができる。
さらに、本発明の柱状層流生成装置は、ガスの吸引量により、層流の速度を調整することができる。従来、３５０ｍｍ／ｓｅｃ程度の風速でしか生成できなかった層流を、任意の風速で生成することができる。例えば、風速を１０分の１に遅くすると、単位時間あたりに吹き出される置換ガス量が少なくなり、同一面積の層流であれば、置換ガスの量を１０分の１にすることができる。
本発明の柱状層流生成装置は、必要な場所にのみ、風速の遅い層流を生成することができる。例えば、面積が１０分の１、風速が１０分の１となれば、従来の方法と比較して、置換ガスの必要量を１００分の１以下とすることができる。温湿度管理を行うために、仮に、風速を従来と同様の速度にして風量を増やしたとしても、その量は従来の１０分の１程度に抑えられる。
必要な置換ガスの量が減れば、置換ガスを送り出すファンの小型化と、置換ガスの温湿度管理に必要なエネルギーを減らすことができる。また、置換ガスのクリーン化を行うのであれば、給気管上にフィルタを設けるだけでよく、必要なフィルタ量を大幅に減らすことができる。
さらに、本発明の柱状層流生成装置を用いることにより、置換ガスの管理に必要な装置を小型化することができ、使用するエネルギー量、水量等を大幅に削減することができる。また、置換ガスの管理に必要な装置を小型化することができるため、省スペース化、静音化、低発熱化等も達成することができる。
本発明の柱状層流生成装置を備えたウェハ処理装置や回転塗布装置は、置換ガス雰囲気下とする必要のある部分のみに局所的に層流を生成し、従来と同等のクリーン度を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の柱状層流生成装置が柱状層流を生成する原理を示す模式図。
【図２】本発明の柱状層流生成装置の一実施態様の鉛直方向断面図。
【図３】本発明の柱状層流生成装置の一実施態様におけるガスの流れを示す鉛直方向断面図。
【図４】本発明の柱状層流生成装置の一実施態様におけるガス吹出部の水平方向断面図。
【図５】ミニマルレジストコーティング装置の全体構成の概念図。
【図６】実施例１で得られたレジスト膜の膜厚分布と光学顕微鏡写真。
【図７】比較例１で用いた吹出部の水平方向断面図。
【図８】比較例１で得られたレジスト膜の膜厚分布と光学顕微鏡写真。
【図９】比較例２で用いた吹出部の水平方向断面図。
【図１０】比較例２で得られたレジスト膜の膜厚分布と光学顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、被処理物を載置する載置部と、開口部を有するガス吹出部と、ガス吸引路とを有し、
載置部は、開口部の内壁面を、開口部に対して垂直な方向に伸ばした面を外周面とする空間内に位置し、
開口部は、内壁面にガスを該開口部に対して垂直な一方方向に吹き出すガス吹出口を有し、
ガス吸引路は、ガスを吹き出す方向とは逆方向にガスを吸引する柱状層流生成装置に関する。
ここで、本発明において、開口部に対して垂直な方向とは、開口部を含む面に対して垂直な方向を意味する。
【００１１】
本発明の柱状層流生成装置が柱状層流を生成する原理を、図１を用いて説明する。
本発明の柱状層流生成装置は任意の方向にガスを吹き出すことができるが、以下では、上方に向けてガスを吹き出し、下向きの柱状層流を生成する装置を例として説明する。なお、図１は模式図であり、説明に不要な部分は省略した。
【００１２】
本発明の柱状層流生成装置１００は、開口部２１の内壁面に設けられたガス吹出口２２から開口部２１に対して垂直な一方方向（上方）へ吹出量Ｖ１（Ｌ／ｍｉｎ）で置換ガスを吹き出し、ガスを吹き出す方向とは逆方向（下方）に吸引量Ｖ２（Ｌ／ｍｉｎ）でガスを吸引する。この際、吸引量Ｖ２（Ｌ／ｍｉｎ）を、吹出量Ｖ１（Ｌ／ｍｉｎ）以下とする。置換ガスを吹き出すガス吹出口２２の総面積は、吸引されるガスが通る開口部２１の面積よりも小さいため、吹出量Ｖ１で上方に強く吹き出された置換ガスの一部（Ｖ２）は、下方に弱く吸引され、上方、開口部中心、下方へと順に向きを変えて流れる。下向きに流れる置換ガスの流れは、向きと風速が揃った柱状層流であり、本発明の柱状層流生成装置により、開口部２１を通過する下向きの柱状層流を生成することができる。
本発明の柱状層流生成装置により生成される柱状層流は、ガス吹出口２２から吹き出した置換ガスの一部（Ｖ２）が流れの方向を変え、残部（Ｖ１−Ｖ２）が開口部２１以外の方向に流れの方向を変える領域付近で生成し、開口部２１を通過して、被処理物Ｗに衝突する寸前まで、維持される。なお、Ｖ１がＶ２より少なくても柱状層流は生成できるが、柱状層流に外気が混入してしまう。
【００１３】
載置部１は、開口部２１の内壁面を、開口部２１に対して垂直な方向に伸ばした面を外周面とする空間内に位置する。図１では、載置部１は、開口部２１の内壁面を、開口部に対して垂直な方向に伸ばした面を外周面とする円筒内に位置する。開口部２１を通過した柱状層流は、そのまま直進して載置部１上に載置された被処理物Ｗに衝突する。被処理物Ｗは、柱状層流で置換された雰囲気内で、何らかの処理が施される。ここで、載置部１と開口部２１とは、載置部１と開口部２１の内壁面との最短距離が、載置部１を内部に含む最小の円の直径の１００倍以下であることが好ましい。載置部１と開口部２１の内壁面との最短距離は、載置部１を内部に含む最小の円の直径の３０倍以下であることがより好ましく、１０倍以下であることが更に好ましく、５倍以下であることが最も好ましい。
載置部１は、開口部２１の下方に限定されず、側方、斜方、上方等に設けることができる。下向きの柱状層流を生成すると、柱状層流と重力の向きとが同一となり、浮遊する塵埃等を速やかに排除することができる。また、載置部１は、開口部２１を含む面に対して置換ガスを吹き出す側に位置してもよい。ただし、載置部１または被処理物Ｗの大きさ・形状等により、載置部１または被処理物Ｗに衝突して向きを変えたガスとガス吹出口２２から吹き出す置換ガスとがぶつかり、ガス吹出口２２から吹き出す置換ガスの流れが乱れる可能性がある。開口部２１の配置は、載置部１の大きさ、被処理物Ｗの処理面の向きや形状、また、被処理物に何らかの処理を施す処理装置の位置や構造等に応じて、どの向きの柱状層流を生成するかに応じて定めればよい。
【００１４】
以下、本発明の柱状層流生成装置の一実施態様について説明する。一実施態様である柱状層流生成装置１００の鉛直方向断面図を図２に、この鉛直方向断面におけるガスの流れを図３に示す。
載置部１は、被処理物Ｗを載置するためのものである。図２において、載置部１は、回転部１１の上端部であり、駆動部（図示せず）によって回転、昇降する。回転部１１には、被処理物Ｗを吸着するための吸着管（図示せず）を設けてもよい。
被処理物Ｗに処理を施す処理装置（図示せず）が一方向にしか動かなくても、載置部１とともに被処理物Ｗを回転させることで、様々な方向から処理を行うことができる。また、載置部１を高速回転させることにより、被処理物Ｗ上にスピンコーティングにより均一な塗膜を形成することができる。
載置部１は昇降可能であり、載置部１が開口部２１より上に上昇することにより、側方に移動する被処理物Ｗは載置部１に載置され、載置部１から搬出される。
回転部１１の外周は、外筒部材１２で覆われている。外筒部材１２の形状は特に制限されず、例えば、円筒状、傘状等が挙げられる。傘状の場合、落下物やスピンコーティング時の塗布液やリンス液等を、下記で詳述する吸引路のトラップ３１内に落下させることができる。
【００１５】
ガス吹出部２は、開口部２１を有し、開口部２１は、内壁面に、ガスを開口部２１に対して垂直な一方方向（上方）へ吹き出すガス吹出口２２を備える。ガス吹出口２２は、被処理物Ｗ表面よりも上方に位置することが好ましい。被処理物Ｗの厚みに応じて、ガス吹出口２２が被処理物表面Ｗより上方となるように、載置部１を昇降させて調整すればよい。ガス吹出口２２が、被処理物Ｗ表面と同じ高さ以下では、被処理物Ｗまたは載置部１の大きさ・形状等により、ガス吹出口２２から上方へ吹き出された置換ガスが、被処理物Ｗまたは載置部１に当たって側方に広がるガスとぶつかり、上方への置換ガスの流れが乱れる可能性がある。
ガス吹出部２は、給気管２３からＶ１（Ｌ／ｍｉｎ）量の置換ガスが供給される。ガス吹出部２は、その内部に置換ガスを均一に分配する流路２４を有し、給気管２３から供給された置換ガスは、流路２４を通って均一に分配され、ガス吹出口２２の各部分から吹出量Ｖ１で均一に吹き出す。
【００１６】
図４に、一実施態様である柱状層流生成装置１００におけるガス吹出部２の水平方向断面図を示す。図４に示す水平方向断面図は、図２に示す鉛直方向断面図におけるＡ−Ａ’線の断面図、図２に示す鉛直方向断面図は、図４に示す水平方向断面図におけるＢ−Ｂ’線の断面図に相当する。また、図４において、開口部２１を含む面は紙面に平行な面、開口部に対して垂直な方向は紙面に垂直な方向である。
給気管２３から供給された置換ガスは、開口部２１を取り囲むように包埋されている環状路２４１に沿って流れる。環状路２４１は、四方に接続路２４２が設けられており、置換ガスは、接続路２４２を通って環状路２４１から上方の環状空間２４３内に流れる。環状空間２４３は、内側と外側とが分配壁２４４で仕切られ、分配壁２４４は、１６個のスリット２４５を有する。置換ガスは、環状空間２４３内で、外側から内側に流れ、スリット２４５を通って分配された後、上方に開口したガス吹出口２２から吹き出す。
図４に示すガス吹出部２の内部構造はその一例であり、これに限定されるものではない。例えば、複数枚の分配壁で、環状空間２４３を３区域以上に仕切ってもよい。その場合は、置換ガスが通る順に、分配壁に設けるスリットが多くなるようにする。この際、隣接する分配壁のスリットが、互い違いとなるように設置し、置換ガスが直進できないようにすることが好ましい。また、最も下流に位置する分配壁を、無数の微細孔が形成されているシルクスクリーンから形成してもよい。ここで、ガス吹出口２２の各部分における風速の最大値と最小値の差が少ないほど好ましいが、ガス吹出口２２から開口部に対して垂直な一方方向に吹き出した置換ガスは、逆方向に吸引されて反対方向の柱状層流を自己形成するので、ガス吹出口２２の各部分における風速が完全に一致する必要は無い。
【００１７】
ガス吸引路３は、ポンプ等の吸引部（図示せず）に接続されており、開口部２１から、ガスを吹き出す方向とは逆方向（下方）にガスを吸引するように形成されている。ガス吸引路３は、上方に吹き出した置換ガスを開口部２１から下方に吸引するとともに、被処理物Ｗに衝突して側方に流れたガスを下方に向けて吸引する。また、スピンコーティングを行う際に飛散した塗布液やリンス液を、吸引して取り除く。
載置部１近傍におけるガス吸引路３の開口部２１に平行な面内の断面は、開口部２１の中心軸に対して回転対称であることが好ましい。載置部１近傍におけるガス吸引路３の開口部２１に平行な面内の断面が、開口部２１の中心軸に対して回転対称であると、被処理物Ｗに衝突して放射状に広がったガスを、均一に下方に吸引することができ、被処理物Ｗ表面上を流れるガス流の乱れを小さくすることができる。また、ガス吸引路３には、落下物、塗布液、リンス液等が、吸い込まれて吸引部に到達することを防止するためのトラップ３１を設けてもよい。
【００１８】
本発明の柱状層流生成装置１００において、ガス吹出口２２から吹き出したガスＶ１（Ｌ／ｍｉｎ）のうち、柱状層流とならなかった残りのガスＶ１−Ｖ２（Ｌ／ｍｉｎ）は、周辺へ拡散し、開口部２１上に上方へのガス流が生じる。上方へのガス流により、周辺領域の外気は柱状層流と接触できず、柱状層流は、置換ガスのみから生成される。また、上方へのガス流により、微細な塵埃等の被処理物Ｗ上への落下を防ぐことができる。さらに、残りのガスが、周辺領域に拡散し、外気の置換ガス濃度が経時で高くなる。
【００１９】
柱状層流は、開口部２１を通り、その流量は吸引量Ｖ２に等しいから、開口部２１の面積と吸引量Ｖ２とから開口部２１を通る柱状層流の風速を求めることができる。開口部２１の大きさが一定であれば、Ｖ２により、柱状層流の風速を調整することができる。すなわち、本発明の柱状層流生成装置は、開口部２１の大きさと吸引量Ｖ２とを調整することで、任意の風速の柱状層流を生成することができる。本発明の柱状層流生成装置により生成できる柱状層流の風速は特に制限されないが、例えば、５ｍｍ／ｓｅｃから５００ｍｍ／ｓｅｃの範囲が挙げられる。
また、Ｖ１は、上方へのガス流の速度や、周辺領域における置換ガス濃度を高くする必要があるか否か等に応じて定めることができる。
【００２０】
置換ガスの種類は特に制限されず、クリーン化した空気や窒素等、窒素やアルゴン等の不活性ガス、温度・湿度が調整されたガス等を用いることができる。置換ガスをクリーン化するには、置換ガスをガス吹出部２２に供給する給気管２３上に、高機能フィルタ（図示せず）を設置すればよい。本発明の柱状層流生成装置１００において、置換ガスをクリーン化するには、給気管２３上に高機能フィルタを設置するだけでよく、従来の天井全面に高機能フィルタを配置する方法と比較して、必要な高機能フィルタ量を大幅に削減することができる。
【００２１】
本発明の柱状層流生成装置１００により生成される柱状層流の断面形状は、開口部２１の形状に相似する。なお、開口部２１に対して垂直な一方方向に吹き出すガスと逆方向に流れる柱状層流との間には、渦が生じるため、柱状層流の断面形状は、開口部２１の形状よりもわずかに小さくなる。すなわち、本発明の柱状層流生成装置１００は、開口部２１を通り、開口部２１の大きさに略等しい局所的な柱状層流を生成することができる。また、上記したように、本発明の柱状層流生成装置１００は、吸引量Ｖ２により任意の風速の柱状層流を生成することができる。
ここで、層流は、断面積が小さいほど、風速が遅くても層流を維持することができる。層流の断面積が大きいと、層流と外気との間には、壁のように広い界面が形成される。外気の流れが壁状の界面にぶつかると、界面を迂回できず、界面が乱れ、層流が壊れる。それに対し、層流の断面積が小さいと、外気の流れは層流内に侵入せず、層流を回りこむようにして流れ続けることができるため、界面が乱れにくく、層流が維持される。
本発明の柱状層流生成装置１００は、任意の断面形状、任意の風速の柱状層流を生成することができるが、断面積が小さく風速が遅い層流を生成する用途に適している。柱状層流の風速は、例えば、５ｍｍ／ｓｅｃ〜５０ｍｍ／ｓｅｃが挙げられる。断面積が小さい層流は、上記したように風速が遅くても乱れにくく、効率的に非置換ガスを押し出して排出することができる。また、柱状層流の断面積が小さく、風速が遅いため、必要な置換ガスの量を大幅に減少することができる。
【００２２】
本発明の柱状層流生成装置１００は、局所的に雰囲気気体を置換する各種用途に用いることができる。例えば、半導体やＭＥＭＳの製造における洗浄装置、乾燥装置、露光装置、エッチング装置等のウェハ処理装置、回転塗布装置、紫外線照射装置に好適に用いることができる。また、本発明者らが提案したミニマルファブ（ｍｉｎｉｍａｌ  ｆａｂ）構想に基づく、特開２０１２−５４４１４号公報、特開２０１４−３００３４号公報に記載のデバイス製造システムにおける、予め規格された大きさの筐体内に収容されたウェハ処理装置に好適に利用することができる。このウェハ処理装置では、ウェハが処理される部分、または、密閉搬送容器の開閉が行われるドッキング部分のみに、クリーン化した置換ガスの層流を生成すればよい。なお、上記特開２０１２−５４４１４号公報、特開２０１４−３００３４号公報では、ウェハサイズが直径０．５インチ（１２．５ｍｍ）のウェハが提案されているが、本発明の柱状層流生成装置を備えたウェハ処理装置において取り扱うウェハのウェハサイズはこれに限定されるものではない。さらに、開口部２１の形状は、円形に制限されるものではなく、楕円形、長円形、四角形、六角形、十二角形等の多角形等であってもよい。開口部２１を楕円、長円、長方形等とすると、長尺状のフィルム等に塗布するコーティング装置や、紫外線照射装置等に好適に利用することができる。
【００２３】
本発明の柱状層流生成装置は、局所的に層流を生成することができる。本発明の柱状層流生成装置は、層流により雰囲気管理を行う必要がある領域のみに層流を生成することができ、従来の均一吹き出し／均一排気構造と比較して、必要な置換ガス量を１００分の１以下にすることができる。温湿度管理等のために風速を速くしたとしても従来の１０分の１以下の置換ガス量にすることができる。置換ガス量が少ないため、置換ガスの管理に必要な周辺設備を小型化することができ、これらの稼働に必要なエネルギー量、水量等を大幅に削減することができる。また、周辺設備の小型化により、省スペース化、静音化、低発熱化等も達成することができる。
【実施例】
【００２４】
図５に、ミニマルレジストコーティング装置の全体構成を概念的に示す。
ミニマルレジストコーティング装置４００は、密閉搬送容器に収容されたウェハを取り出す装置前室４１と、ウェハを取り扱う処理室４２とを有する。
装置前室４１は、密閉搬送容器に収容されたウェハを取り出して、処理室４２に搬送するための部屋である。装置前室４１の天板４１ａには、密閉搬送容器を載置するための容器載置台４１１と、載置された密閉搬送容器を上方から押圧固定する押さえレバー４１２と、各種操作を行うための操作釦４１３等を有する操作パネル４１４が設けられている。また、装置前室４１は、密閉搬送容器から取り出したウェハを処理室４２に搬入するための搬送ロボット（図示せず）を備えている。
【００２５】
処理室４２は、図示しないウェハ搬送口を介して装置前室４１からウェハを受け取る。
処理室４２の断面は３０ｃｍ四方であり、搬送ユニット、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）処理ユニット、スピンコーターユニット、レジストノズル、リンスノズル、ベーク処理ユニット等の処理装置（図示せず）が配置される。
ここで、レジストの膜厚は、温度、湿度により変動し、例えば、温度が高くなると膜厚が厚くなる。また、ウェハの温度が高くなると、塗布液が速く乾燥して、レジスト膜が厚くなる。レジスト膜の膜厚が異なると、同一条件で露光してもパターン幅が変わってしまう。そのため、ウェハ上にレジスト膜が塗布されるスピンコーターユニットのスピンカップ内部の温度、湿度を、処理室４２内のベーク処理ユニット等の熱源や外気温に影響されることなく一定に保つ必要がある。
【００２６】
従来のＨＥＰＡフィルタ等を用いる方法では、局所的に層流を生成することができず、スピンカップ内部の温湿度を管理するために、処理室４２全面（９００ｃｍ２）に層流を生成する必要がある。また、３５０ｍｍ／ｓｅｃ程度の風速が必要なので、
３０ｃｍ×３０ｃｍ×３５０ｍｍ／ｓｅｃ×６０＝１８９０Ｌ／ｍｉｎの置換ガスが必要である。
それに対し、本発明の柱状層流生成装置１００は、局所的に層流を生成することができ、温湿度管理が必要なスピンカップ内部のみに層流を流すことができ、また、その風速も調整可能である。例えば、開口部２１の大きさを、温湿度管理が必要な最小限の領域であるスピンカップの入口サイズ（直径３．４ｃｍ＝１０．２ｃｍ２）とし、開口部２１を通過する柱状層流の風速を３０ｍｍ／ｓｅｃ、Ｖ１／Ｖ２＝２．０とした時に、ガス吹出口２２から吹き出す置換ガスの量Ｖ１は、
π×（３．４／２）２ｃｍ２×３０ｍｍ／ｓｅｃ×６０×２．０＝３．３Ｌ／ｍｉｎとなる。なお、処理室４２のスピンカップ以外の領域には、ＨＥＰＡフィルタ等で異物を取り除き、温度管理を行っていない外気を導入すればよい。
すなわち、本発明の柱状層流生成装置１００により、従来と比較して、断面積が約１％（＝１０．２ｃｍ２／９００ｃｍ２×１００）の層流を局所的に生成して必要な領域のみに層流を流すことで、半導体製造に要求される温湿度管理を行うことができる。この際、必要な置換ガス量は、従来の０．１％〜１％程度である。
なお、風速は、３０ｃｍ／ｓｅｃに限定されない。熱源や外気温の影響が大きい場合は、風速を速くして、単位時間当たりにウェハに衝突する風量を多くすることにより、温湿度管理を行うことができる。仮に、風速を１０倍の３００ｍｍ／ｓｅｃとして風量を増やしても、従来の１０％以下の置換ガス量で足りる。なお、実際には、ミニマルレジストコーティング装置は、備えられている熱源も小型で、導入される外気の量も少なく、温度管理が容易であり、３００ｍｍ／ｓｅｃもの風速は不要である。
【００２７】
「実施例１」
本発明の柱状層流生成装置を、ミニマルレジストコーティング装置のスピンカップに設置した。
実施例１で用いた柱状層流生成装置１００の鉛直方向断面図は上記図２、水平方向断面図は上記図４の通りである。置換ガスは、４本の接続路２４２と１６個のスリット２４５を備えた流路２４を通って分配された後、ガス吹出口２２から上方へ吹き出される。
開口部２１の径は３４ｍｍであり、開口部２１の内壁面に設けられたガス吹出口２２の幅は２ｍｍである。
置換ガスは、ＨＥＰＡフィルタに通した、温度２４℃のドライエアー、吹出量は６Ｌ／ｍｉｎ、吸引量は３Ｌ／ｍｉｎ、開口部の面積と吸引量とから算出した柱状層流の風速は５５ｍｍ／ｓｅｃである。ミニマルレジストコーターの処理室には、上面に設置されたＨＥＰＡフィルタから、クリーン化したダウンフローが送られている。
【００２８】
被処理物である０．５インチのシリコンウェハを、その上面がガス吹出口よりも１ｃｍ下方となるように、載置部上に載置し、超ＬＳＩ用ポジ型フォトレジストからなるレジスト膜を作成した。
得られたレジスト膜の光干渉式膜厚計で測定した膜厚分布と光学顕微鏡写真を、図６に示す。
得られたレジスト膜の平均膜厚は１１２５ｎｍ、膜厚の標準偏差は２．０ｎｍであった。
【００２９】
「比較例１」
実施例１の柱状層流生成装置のガス吹出口２２を、置換ガスを開口部中心に向けて吹き出す円筒状吹出口２５とした以外は、実施例１と同様にして、レジスト膜を作成した。
比較例１における吹出部の水平方向断面図を、図７に示す。比較例１で使用した吹出部は、実施例１で用いたガス吹出部２と同じく４本の接続路２４２と１６個のスリット２４５を備えた流路を有する。この流路を通って分配された置換ガスは、円筒状吹出口２５から、開口部２１中心に向けて吹き出す。円筒状吹出口２５は、高さ５ｍｍ、直径３４ｍｍの円筒であり、直径０．７５ｍｍの開口部が三角格子状に設けられたパンチングシートからなる。
得られたレジスト膜の膜厚分布と光学顕微鏡写真を、図８に示す。
レジスト膜の平均膜厚は１１６９ｎｍ、膜厚の標準偏差は７．９ｎｍであった。
【００３０】
「比較例２」
実施例１の柱状層流生成装置のガス吹出口２２を、置換ガスを開口部中心に向けて強い勢いで吹き出す円筒部材２６とし、分配壁２４４を取り除いた以外は、実施例１と同様にして、レジスト膜を作成した。
比較例２における流路の水平方向断面図を図９に示す。円筒部材２６は直径３４ｍｍであり、環状空間２４３の上面との間に幅１ｍｍの隙間を有する。
比較例２において、置換ガスは、４本の接続路２４２から環状空間２４３に広がった後、円筒部材２６上面の幅１ｍｍの隙間から強く吹き出す。また、その勢いは均一でなく、接続路２４２に近いほど強い。
得られたレジスト膜の膜厚分布と光学顕微鏡写真を、図１０に示す。
レジスト膜の平均膜厚は１２５０ｎｍ、膜厚の標準偏差は１８６ｎｍであった。
【００３１】
本発明の柱状層流生成装置を用いた実施例１は、表面が均一でムラのないレジスト膜が得られた。実施例１で得られたレジスト膜は、膜厚の標準偏差が２．０ｎｍと非常に小さく、その変動係数（標準偏差／平均値×１００）は０．１８％と、現在実用化されている大型のウェハに用いるコーターで得られるレジスト膜の膜厚の変動係数０．５％よりも小さかった。本発明の柱状層流生成装置により生成された柱状層流は、非常に均一であり、ウェハに衝突して放射状に均一に広がるため、ベーク前の流動性を有する液面が乱れなかったためである。
【００３２】
比較例１で得られたレジスト膜は、膜厚の標準偏差が７．９ｎｍ、変動係数が、０．６８％であり、実用品と同等であった。しかし、その膜厚分布は一様でなく、ムラがあった。比較例１で用いた円筒状吹出口から吹き出したガス流のベクトルは、同心円の中心に向かい、場所によってベクトルの向きが違い、最終的に中心に集まって圧縮される。このため、中心へ向かったガスは、隣接ガス流や対向して向かってくるガス流と衝突して、上下方向へと向きを変え、下向きの風がベーク前の流動性を有する液面が乱れ、レジスト膜にムラが生じた。
【００３３】
比較例２で得られたレジスト膜は、膜厚の標準偏差が１８６ｎｍ、変動係数が１４．９％であり、表面が非常に不均一であった。比較例２で用いた円筒部材２６は、ガスが吹き出す部分の幅が１ｍｍと狭いため、ガスが強い勢いで吹き出す。また、円筒部材２６の各部分から吹き出すガスの勢いは均一でない。そのため、比較例２は、比較例１と同一の吹出量であっても、開口部中央に向かうガス流の風速が全体として速く、風速が均一でない。このガス流が開口部中央で衝突し、非常に乱雑な下向きの風が生じ、ベーク前の流動性を有する液面に激しく衝突して液面が乱れ、得られたレジスト膜は表面が荒れた。
【符号の説明】
【００３４】
１００  柱状層流生成装置
１      載置部
１１    回転部
１２    外筒部材
２      ガス吹出部
２１    開口部
２２    ガス吹出口
２３    給気管
２４    流路
２４１  環状路
２４２  接続路
２４３  環状空間
２４４  分配壁
２４５  スリット
３      ガス吸引路
３１    トラップ
４００  ミニマルレジストコーティング装置
４１    装置前室
４１１  容器載置台
４１２  押さえレバー
４１３  操作釦
４１４  操作パネル
４２    処理室
２５    円筒状吹出口
２６    円筒部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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