(57)【要約】      （修正有）【課題】洗浄液を使用してスピンカップ内壁を洗浄するに際し、塗布液として特に粘度が高い主溶媒を使用している場合であっても、短い時間でかつ少量の洗浄液で洗浄することを可能にする。【解決手段】基板Ｓを固定して回転させる回転部と、基板に塗布液を供給するノズルＮと、回転部に固定された基板を包囲するスピンカップ５と、を有する回転塗布装置１のスピンカップ洗浄方法であって、塗布液に使用されている主溶媒と同一溶媒の第一の洗浄液をスピンカップ内壁面の少なくとも一部に供給して内壁面に皮膜を形成する工程と、塗布液に使用されている主溶媒とは異なる溶媒の第二の洗浄液をスピンカップ内壁面の少なくとも一部に供給して内壁面を洗浄する工程と、を有し、皮膜を形成する工程と内壁面を洗浄する工程とを基板の成膜プロセスに応じて切り替える。【選択図】図１
2013169500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を固定して回転させる回転部と、前記基板に塗布液を供給するノズルと、前記回転部に固定された前記基板を包囲するスピンカップと、を有する回転塗布装置のスピンカップ洗浄方法であって、
前記塗布液に使用されている主溶媒と同一溶媒の第一の洗浄液を前記スピンカップ内壁面の少なくとも一部に供給して該内壁面に皮膜を形成する工程と、
前記塗布液に使用されている主溶媒とは異なる溶媒の第二の洗浄液を前記スピンカップ内壁面の少なくとも前記一部に供給して該内壁面を洗浄する工程と、を有し、
前記皮膜を形成する工程と前記内壁面を洗浄する工程とを前記基板の成膜プロセスに応じて切り替えることを特徴とするスピンカップ洗浄方法。
【請求項２】
前記第二の洗浄液が、前記塗布液の主溶媒と相溶性を有し、且つ、粘度が塗布液の主溶媒よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のスピンカップ洗浄方法。
【請求項３】
前記皮膜を形成する工程は、前記基板への成膜前に行われる工程であり、
前記内壁面を洗浄する工程は、前記基板への成膜完了直後に行われる工程であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンカップ洗浄方法。
【請求項４】
前記スピンカップの内壁面の少なくとも前記一部が多孔質層から構成されており、
前記皮膜を形成する工程と前記内壁面を洗浄する工程において、夫々前記第一の洗浄液又は前記第二の洗浄液を前記多孔室層から前記スピンカップの内壁面に染み出させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のスピンカップ洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウェハー等の被処理基板（以下、単に「基板」と記載する。）上にフォトレジストや現像液をスピンコートし、あるいは化学溶液法にて基板上に機能性薄膜となる塗布液をスピンコートするための回転塗布装置に関し、更に詳しくは、スピンコートプロセス中に基板から飛散する塗布液並びに塗布液の乾燥固化物にて汚染されたスピンカップ内壁面を洗浄するカップ洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばフォトレジストや現像液、あるいは化学溶液法にて機能性薄膜となる前駆体液等の塗布液を基板上に滴下して基板を高速回転させ、その遠心力により塗布液を基板の外周部まで広げた後、余分の塗布液を振り切ることによって均一な薄膜を形成する方法は、スピンコート法として良く知られている。
またスピンコート法にて薄膜の成膜を行う装置は、一般にスピナーあるいはスピンコーターと呼ばれる回転塗布装置であり、鉛直方向に配置される回転軸上端にチャック機構を設けたスピンテーブル上に基板を水平に保持し、これを回転させることで均一な薄膜を形成する。
さらに回転塗布装置には、基板の周囲を囲むように円筒形のスピンカップを設けることが一般的であり、スピンコートプロセス中に振り切られて基板周囲から飛散する余分な塗布液の飛沫をスピンカップ内壁に付着させることによって、装置周辺の汚染を防止している。
【０００３】
しかし、従来のスピンコート法では、余分な塗布液が振り切られた後、振り切られた塗布液はカップ内壁に付着して乾燥・固化する。そして塗布液が乾燥・固化した結晶片、あるいは粉末が堆積すると振動などの影響で内壁から剥がれやすくなり、場合によっては結晶片あるいは粉末が基板に再付着して製品不良となる問題があった。そのため、塗布液が乾燥・固化した結晶片あるいは粉末が堆積するのを防ぐために、カップ内壁の洗浄を頻繁に行う必要がある。この洗浄作業は塗布液が乾燥する前に行うのが効率良いが、特に乾燥が早い塗布液の場合は乾燥前の洗浄が難しかった。
そこで特許文献１には、カップ内壁を洗浄する目的でカップ内壁上部に環状の内周面洗浄管を設け、その内周面洗浄管に多数の洗浄液吐出孔を内壁の上部内面に向けて開口させ、内壁に沿ってその開口から洗浄液を流す構成が開示されている。また、基板の下に位置する整流傾斜板に環状の傾斜板洗浄管を設け、傾斜面洗浄管に多数の洗浄液吐出孔を整流傾斜面の上方寄りに臨ませて開口させる構成も開示されている。
しかし、洗浄管の吐出孔から洗浄液を流す構成では、洗浄液は一度通った経路を通りやすく、内壁全面を洗浄することが難しいという問題点がある。
【０００４】
また特許文献２では、スピンカップに回転機構を付与すると同時にスピンカップ内壁面を洗浄するスプレーノズルを具備し、スピンカップを回転させながら内壁面に洗浄液を吹き付けて洗浄する構成を開示している。
しかし、前記の様なスプレー洗浄を行う構成では、スピンカップの最内周部に洗浄液を吹き付けると、吹き付けられた洗浄液がスピンテーブル上に跳ね返り、基板のチャック不良の原因となる為、またスピンカップ最内周部内壁面に付着した洗浄液が基板上に滴り落ちて製品不良の原因となる為、スピンカップの最内周部まで洗浄液を吹き付けて内壁面を洗浄する操作を行うことができない。
その結果、基板に最も近いスピンカップ最内周部分に塗布液が付着、乾燥・固化した結晶片あるいは粉末が堆積し、それが基板上に落下することによって不良の原因となる。またこの手法は、使用する洗浄液また同時に排出される洗浄廃液の量が大きくなる問題を有している。
【０００５】
また、特許文献３では、基板の塗布膜形成面と水平な位置並びにこれと平行な面に複数配置した飛散防止板によってミストの発生を防止しようとしているが、これら飛散防止板に付着し、乾燥・固化・堆積した塗布液の結晶片あるいは粉末と振りきりによって飛散した塗布液滴との衝突により発生するミストの対策がなされていないため、不良の発生を抑えきることができない。
【０００６】
ところで、前記のような従来例においては、スピンカップ内壁を洗浄する洗浄液として、塗布液に使用されている主溶媒と同じ溶媒を使用することが通例である。その理由は、スピンカップ内壁に付着した塗布液が乾燥・固化する、言い換えると塗布液の濃度が上昇して溶質が析出するのを防ぐ為には、その溶媒を追加してスピンカップ内壁に付着した塗布液の濃度を希釈すると同時に希釈された塗布液を追加した溶媒共々洗浄廃液としてスピンカップ外へ流し去る手法が、最も単純かつ確実な手法であるためである。
しかし、塗布液の主溶媒として粘度の高い溶媒が使用されている場合、付着した塗布液と加えられた洗浄液が相溶状態となった洗浄廃液の流動性が悪い為、これをスピンカップ外へ流し去る操作に、長い時間を要してしまい、塗布作業のスループットが悪化すること、またこれを無理に短時間で処理させようとすると、多量の洗浄液を消費してしまうことが明らかになった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記のような問題に鑑みてなされたものであり、洗浄液を使用してスピンカップ内壁を洗浄するに際し、塗布液として特に粘度が高い主溶媒を使用している場合であっても、短い時間でかつ少量の洗浄液で洗浄することを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、基板を固定して回転させる回転部と、前記基板に塗布液を供給するノズルと、前記回転部に固定された前記基板を包囲するスピンカップと、を有する回転塗布装置のスピンカップ洗浄方法であって、前記塗布液に使用されている主溶媒と同一溶媒の第一の洗浄液を前記スピンカップ内壁面の少なくとも一部に供給して該内壁面に皮膜を形成する工程と、前記塗布液に使用されている主溶媒とは異なる溶媒の第二の洗浄液を前記スピンカップ内壁面の少なくとも前記一部に供給して該内壁面を洗浄する工程と、を有し、前記皮膜を形成する工程と前記内壁面を洗浄する工程とを前記基板の成膜プロセスに応じて切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、異なる溶媒の複数種類の洗浄液を成膜プロセスに合わせて切り替えながら洗浄操作を行うので、より短い時間で、また排出される洗浄廃液をより少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転塗布装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明を実施形体に基づいて説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の一例を示したものであり、基本構成が異なるスピンカップ洗浄機構に対して本発明によるスピンカップ洗浄方法を適用した場合においても、同様の効果が得られる。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態に係る回転塗布装置の断面図である。この回転塗布装置１は、成膜対象物である基板Ｓを吸着させるスピンテーブル３と、スピンテーブル３を回転させる回転軸２と、基板Ｓに塗布液を供給するノズルＮと、スピンテーブル３に吸着された基板Ｓの周囲（少なくとも基板Ｓの外周部分）を包囲するスピンカップ５と、スピンテーブル３に吸着された基板Ｓの下方に配置されて基板Ｓから流れ落ちた余剰の塗布液等を受け止めるスピンカップ下面プレート６と、スピンカップ５とスピンカップ下面プレート６の内壁面を滴下した余剰の塗布液や洗浄液の廃液等を回転塗布装置１外に排出する開口部４と、を備えている。なお、内壁面とは、基板Ｓが配置された空間側に位置する壁面を指す。
スピンテーブル３と回転軸２は、回転塗布装置１の回転部を構成する。
スピンカップ５は、略鉛直方向に配置された回転軸２の回転により高速回転する基板Ｓに対してノズルＮから滴下された塗布液のうち、遠心力によって基板Ｓから飛散した余剰分の塗布液（微小液滴：ミスト）を受け止めて、開口部４に向けて流下させる。すなわち、スピンカップ５は余剰の塗布液が回転塗布装置１の外部に飛散することを防止する。
【００１３】
スピンカップ下面プレート６は、基板Ｓから流れ落ちた余剰の塗布液や基板Ｓの裏面を洗浄したバックリンス液を受け止めて開口部４に向けて流下させる。
また、開口部４からは、高速回転させた基板Ｓに塗布液を滴下したときに飛散する余分な塗布液の微小液滴（ミスト）を吸引する際に発生する排気も排出される。
さらに本発明による構成では、スピンカップ５とスピンカップ下面プレート６は、それぞれの内壁面の少なくとも一部が、多孔質層５ａ、６ａと、スピンカップ５又はスピンカップ下面プレート６のそれぞれの構造体である殻５ｂ、６ｂと、を有する多層構造となっている。さらに多孔質層５ａ、６ａと殻５ｂ、６ｂとの間には、洗浄液が流れる洗浄液流路５ｃ、６ｃが形成されている。
殻５ｂ、６ｂは、洗浄液を通過させない素材から構成されており、洗浄液を注入する際の圧力に耐える強度を有している。
図１中、洗浄液は、夫々スピンカップ５とスピンカップ下面プレート６の下方から注入される構成であるが、洗浄液の注入箇所に特に限定はない。例えば、洗浄液を夫々スピンカップ５とスピンカップ下面プレート６の上方から注入しても良いし、殻５ｂ、６ｂの適所に設けた穴から注入するようにしても良い。
【００１４】
なお、多孔質層５ａ、６ａは、平均気孔径が１〜３μｍ、より好ましくは気孔径およそ１μｍで、平均気孔率が４０〜６０％、より好ましくは平均気孔率４０％程度の多孔質セラミックを用いて形成されている。セラミックの材質は、使用する塗布液との反応性及び濡れ性を考慮して選択されるが、アルミナ系のセラミックが好ましい。
さらに洗浄液流路５ｃ、６ｃには、図示しないポートを介して洗浄液配管７（７ａ、７ｂ）が接続され、その先には切替バルブ８を介してそれぞれ異なる溶媒（洗浄液）を収納した洗浄液タンク９（９ａ、９ｂ）が接続されている。洗浄液は、成膜に使用される塗布液を希釈し、又は乾燥した塗布液（又は塗布液の固化物）を溶解可能な液体（溶媒）である。洗浄液タンク９ａには塗布液に使用されている主溶媒と同一の溶媒（第一の洗浄液）が洗浄液として収容され、洗浄液タンク９ｂには主溶媒とは異なる溶媒であって、主溶媒と良好な相溶性を有し、かつ主溶媒と比較して低い粘度の溶媒（第二の洗浄液）が洗浄液として収納されている。
【００１５】
また、洗浄液は、供給量（注入量）及び供給圧（注入圧力）を変更可能なポンプＰによって、洗浄液タンク９ａ、９ｂから、それぞれ洗浄液配管７ａ、７ｂ、洗浄液流路５ｃ、６ｃを介して多孔質層５ａ、６ａに供給される。なお、ポンプＰの代わりに、洗浄液を加圧タンクに収容し、この加圧タンクから圧送して供給する方式を用いてもよい。
なお、洗浄液配管７、洗浄液タンク９、及びポンプＰは、洗浄液供給手段を構成する。また、ポンプＰは、注入量可変機構を構成する。
【００１６】
回転塗布装置１の動作は、制御部１０にて制御される。制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理を実行するプログラム等を記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、データ等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されている。制御部１０は、回転塗布装置１の各部と電気的に接続されており、回転軸２を回転させるモータ（不図示）の駆動制御、ノズルＮからの塗布液の滴下制御、多孔質層５ａ、６ａへの洗浄液の供給量等の制御等を成膜プロセスに応じて行う。
【００１７】
前記のような本発明の構成による回転塗布装置１を使用した成膜プロセス並びにスピンカップの洗浄方法について以下に記載する。
まず成膜プロセス開始前にスピンカップ５とスピンカップ下面プレート６それぞれの洗浄液流路５ｃ、６ｃに、洗浄液配管７と切替バルブ８を介して洗浄液タンク９ａから塗布液に使用されている主溶媒と同一の溶媒を洗浄液として注入し、ポンプＰによって所定の圧力にて洗浄液を加圧する。すると、洗浄液は圧力と毛細管現象により多孔質層５ａ、６ａ全体に広がり、多孔質層５ａ、６ａの表面上の多数の孔から表面に染み出し、スピンカップ５とスピンカップ下面プレート６の内壁面に洗浄液の皮膜を形成する（皮膜を形成する工程）。
【００１８】
この状態でスピンテーブル３にセットされた基板Ｓ上に塗布液を滴下して基板Ｓを高速回転させ、その遠心力により塗布液を基板Ｓの外周部まで広げた後、余分の塗布液を振り切ることによって均一な薄膜を形成する。その際、高速回転によって周囲に飛散した塗布液の一部は、微小な液滴（ミスト）となり、図示しないブロアーによって開口部４から空気と共に吸引、装置外部に排気される。
また周囲に飛散した塗布液の別の一部は、スピンカップ５並びにスピンカップ下面プレート６それぞれの内壁面、つまり多孔質層５ａ、６ａ表面に付着する。これら表面には、前記のように主溶媒と同一の溶媒である洗浄液が皮膜された状態にあるため、付着した塗布液はただちに皮膜と馴染んで同一化すると共に、乾燥・固化することなく、時間と共に徐々に開口部４へ向かって流動を開始する。
【００１９】
続いて成膜プロセス完了直後のタイミングにて切替バルブ８が切り替えられ、洗浄液タンク９ｂから塗布液に使用されている主溶媒とは異なる溶媒が洗浄液として注入されると、洗浄液は内壁面の多孔質層５ａ、６ａ全面に広がる。この洗浄液は主溶媒と良好な相溶性を有する溶媒が採用されているため、既に皮膜されている塗布液の主溶媒と同一の溶媒と、皮膜に付着した塗布液と、主溶媒とは異なる溶媒とが、一体になって開口部４へ向かって流動し、最終的に装置外の図示しない廃液タンクに回収される（内壁面を洗浄する工程）。
この際、成膜プロセス完了直後に供給される洗浄液は、主溶媒と比較して低い粘度の溶媒を採用している為、全てのスピンカップ洗浄プロセスを塗布液の主溶媒と同一溶媒の洗浄液を用いる場合と比較して短時間で洗浄廃液を装置外の廃液タンクに排出させることが可能になり、洗浄プロセスを含めた全成膜プロセス時間を短縮し、スループットを高めることができる。なお、ポンプＰによる洗浄液の加圧力に関し、内壁面を洗浄する工程における加圧力を、皮膜を形成する工程における加圧力よりも高めて、洗浄プロセスにかかる時間をさらに短縮するようにしてもよい。
その結果、基板Ｓから振り切られた余分の塗布液が乾燥・固化して結晶片あるいは粉末が装置内に堆積し、堆積した結晶片あるいは粉末が何らかのきっかけによって塗布プロセス中の基板Ｓ上に付着し、製品不良となる不具合を回避できる。
【００２０】
またこの方法は、スピンカップ５内壁面に塗布液の主溶媒と同じ溶媒の洗浄液の皮膜を成膜プロセス開始前に形成することにより、内壁面に付着した塗布液を直ちに皮膜と馴染ませて希釈し、その乾燥・固化を防いだ上で、成膜プロセス完了直後には、主溶媒と比較して粘度が低く、より流動性が高い溶媒の洗浄液により、皮膜と皮膜に付着した塗布液とを流下させ、洗浄廃液として装置外の廃液タンクに排出させる操作であり、前記の公知技術に述べられているような全てのスピンカップ洗浄プロセスを塗布液の主溶媒と同一溶媒の洗浄液を用いる場合と比較すると、使用する洗浄液の全体量を少なく、言い換えると排出される廃液量を少なくすることが可能となる。
なお、主溶媒と同じ溶媒の洗浄液と、主溶媒と異なる溶媒の洗浄液の組み合わせであるが、使用する塗布液とその主溶媒の種類によって多種多様な組み合わせが生じることは言うまでもない。例えば塗布液の主溶媒が乳酸エチル（粘度：２．６ｃＰ）であるレジスト液に対しては、主溶媒と異なる溶媒の洗浄液としてはアセトン（粘度：０．３ｃＰ）が良好な溶解性も合わせて好ましい組み合わせになる。
【００２１】
さらに図１に示した本発明の回転塗布装置１の構成では、スピンカップ５内壁面の最も内周側、言い換えると最も基板Ｓと近い部分にまで多孔質層５ａを張り巡らしている。つまり前記の公知技術に述べられた洗浄方法では洗浄操作を行い難い最内周部分、つまり言い換えると最も基板Ｓと近く、付着した洗浄液の乾燥・固化した結晶片あるいは粉末が不良の原因になり易い部分にまで洗浄液の皮膜を形成させ、同部分に付着した塗布液の乾燥・固化とそれに起因する基板上への不良発生を回避できる。
なお、本発明の効果は、多孔質層５ａを図１の様にスピンカップ５内壁面全面に張り巡らせるのでなく、塗布プロセス時の振り切り動作で飛散した塗布液が最も付着しやすい内壁面の部位、より具体的には基板Ｓの薄膜塗布面とほぼ等しい高さ位置にある内壁面近傍にのみ多孔質層５ａを巡らし、同部分に洗浄液皮膜を形成させるだけでも大きな効果が得られる。しかし、図１の様にスピンカップ５内壁面全面に張り巡らせる方がより好ましい効果が得られることは言うまでも無い。
【００２２】
本発明による回転塗布装置１を用いてシリコンウェハ基板上に塗布液を塗布した後、このシリコンウェハ基板を焼成することにより、（ＰＺＴ膜等の）強誘電薄膜が成膜されたウェハー基板を作成することができる。また、この強誘電薄膜が成膜されたシリコンウェハ基板を半導体プロセスにより加工することでＭＥＭＳ、インクジェットヘッド等のアクチュエータ機能を持った電子素子、或いは焦電センサ等のセンサ機能を有する電子素子（機能性素子）を形成することができる。さらに、これらの素子を使用することにより、インクジェットプリンタや、ＭＥＭＳミラー素子を使用して製造されたプロジェクタ、或いは、焦電センサを使用した光スイッチ等の装置を製造することができる。
上述のように、本発明による回転塗布装置１においては基板上への不良発生を回避することができるので、スピンコートプロセス中に生じる不良が抑えられたウェハー基板を作成することができる。そして、このウェハー基板を用いて上記各種の機能性素子、さらにこの機能性素子を使用して様々な装置を製造すると、不良の少ない素子及び装置を高い歩留まりで製造することが可能となる。
【符号の説明】
【００２３】
１…回転塗布装置、２…回転軸、３…スピンテーブル、４…開口部、５…スピンカップ、５ａ…多孔質層、５ｂ…殻、５ｃ…洗浄液流路、６…スピンカップ下面プレート、６ａ…多孔質層、６ｂ…殻、６ｃ…洗浄液流路、７…洗浄液配管、８…切替バルブ、９…洗浄液タンク、１０…制御部、Ｎ…ノズル、Ｓ…基板、Ｐ…ポンプ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】実公平０６−０２８２２３号公報
【特許文献２】特開２００２−１４３７４９号公報
【特許文献３】特開２００４−３３００７３号公報
【図１】
2013169500.tif 000003