CN101387835A - 基板处理装置及基板处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基板处理装置及基板处理方法。在利用冲洗液冲洗掉基板上的显影液之后，基板的转速降低，从而在基板的整个表面上会形成冲洗液的液层。然后，基板的转速上升。由于基板的转速上升，所以离心力变得稍大于张力，因此液层以周边部厚度变厚且中心部厚度变薄的状态保持在基板上。接着，气体供给喷嘴向液层的中心部喷出气体，从而在液层的中心部形成孔。由此，与作用于液层周边部的离心力相平衡的张力消失。另外，随着气体的喷出，基板的转速进一步上升。由此，液层向基板的外侧移动。

Description

基板处理装置及基板处理方法
技术领域
本发明涉及一种对基板进行处理的基板处理装置及基板处理方法。
背景技术
为了对半导体衬底、液晶显示装置用基板、等离子显示器用基板、光盘用基板、磁盘用基板、光磁盘用基板、光掩模用基板等各种基板进行多种处理而使用基板处理装置。
在基板处理装置中，例如对形成在基板上的感光膜(抗蚀膜)进行显影处理。在进行显影处理时，向基板上的抗蚀膜供给显影液。经过了规定时间后，向基板上供给冲洗液，使显影处理停止并冲洗掉基板上的显影液。接着，使基板高速旋转以甩掉基板上的冲洗液，从而使基板干燥(例如，参照JP特开2003-31488号公报)。
通常，在利用离心力来使基板干燥的情况下，基板上会残留冲洗液的微小液滴。这是因为对于微小液滴只作用有与其质量对应的很小的离心力，所以很难将其从基板上甩掉。尤其是，在微小液滴附着于基板的中心部附近的情况下，对于该液滴只作用有更小的离心力，所以要除去微小液滴变得更加困难。
另外，在显影处理后的抗蚀膜上，亲水性部分和疏水性部分混合存在，所以抗蚀膜对冲洗液的保持力会不均匀。这也是冲洗液易残留在基板上的原因之一。这样，若液滴残留在基板上，则会产生显影缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够使显影处理后的基板确实地干燥的基板处理装置及基板处理方法。
(1)本发明的一个方面的基板处理装置具有：基板保持装置，其将基板保持为大致水平；旋转驱动装置，其使基板保持装置所保持的基板绕垂直于该基板的轴旋转；显影液供给部，其向基板保持装置所保持的基板上供给显影液；液层形成部，其通过向基板保持装置所保持的基板上供给冲洗液来冲洗掉基板上的显影液，然后在基板上形成冲洗液的液层；气体喷出部，其在旋转驱动装置驱动旋转基板的状态下，向通过液层形成部而形成在基板上的液层的中心部喷出气体。
在该基板处理装置中，通过显影液供给部向基板保持装置所保持的基板上供给显影液，从而对基板进行显影处理。在进行了显影处理后，液层形成部向基板上供给冲洗液，以此冲洗掉基板上的显影液，然后在基板上形成冲洗液的液层。
然后，在旋转驱动装置使基板旋转的状态下，气体喷出部向基板上液层的中心部喷出气体。此时，表面张力使液层不分离成多个区域，而是保持圆环形状的状态一体地向基板的外侧移动。由此，抑制微小液滴的形成，从而确实地能够使基板干燥。因此，能够确实地防止产生残留在基板上的液体所导致的显影缺陷。
(2)在通过液层形成部形成液层时，旋转驱动装置可以使基板以第一转速旋转，在通过液层形成部形成了液层之后，旋转驱动装置可以使基板的转速分阶段或连续地上升至第二转速，气体喷出部向可以以第三转速旋转的基板上的液层喷出气体，第三转速高于第一转速且低于第二转速。
此时，在形成液层时，旋转驱动装置使基板以第一转速旋转。由此，即使是基板处于相对水平面稍微倾斜的状态，也能够在基板上均匀地形成液层。
在形成液层之后，通过旋转驱动装置的驱动，基板的转速分阶段或者连续地上升。由此，作用于液层周边部的朝向外侧的离心力增大。另一方面，由于在液层的中心部作用有与离心力相对的张力，所以液层不会向外侧飞溅而被保持在基板上。
在基板的转速上升的过程中，基板的转速为高于第一转速且低于第二转速的第三转速时，气体喷出部向基板上液层的中心部喷出气体。由此，作用于液层的张力消失，液层受到离心力的作用向基板的外侧移动。此时，表面张力使液层不分离成多个区域而是保持圆环形状的状态一体地向基板的外侧移动。因此，基板上的微小液滴的形成得以抑制，所以能够确实地除去基板上的液层。
(3)在通过液层形成部形成了液层之后且气体喷出部喷出气体之前，旋转驱动装置使基板在规定时间内维持在第四转速，第四转速高于第一转速且低于第二转速。
此时，液层扩散到基板上的整个区域，而且液层稳定地被保持在基板上。由此，能够确实地防止在气体喷出部喷出气体之前液层向基板的外侧飞溅，并且，在喷出气体时，能够使液层在确实地保持圆环形状的状态下一体地向基板的外侧移动。
(4)基板处理装置也可以还具有：层厚检测器，其对通过液层形成部而形成在基板上的液层的厚度进行检测；控制部，其基于层厚检测器检测出的液层的厚度，控制由旋转驱动装置驱动的基板的转速以及气体喷出部喷出气体的时机。
此时，能够在液层的中心部变得足够薄且液层未被离心力分离成多个区域的状态下喷出气体，所以能够确实地使作用于液层的中心部的张力消失，因此能够使液层在保持圆环形状的状态下一体地向基板的外侧移动。由此，能够确实地除去基板上的液层。
(5)本发明的其他方面的基板处理方法包括：将基板保持为大致水平的工序；向所保持的基板上供给显影液的工序；通过向基板上供给冲洗液来冲洗显影液的工序；在冲洗掉显影液之后，在基板上形成冲洗液的液层的工序；使基板旋转，并且向基板上的液层的中心部喷出气体的工序。
在该基板处理方法中，在基板被保持为大致水平的状态下向基板上供给显影液，从而对基板进行显影处理。在进行了显影处理后，向基板上供给冲洗液，以此冲洗基板上的显影液。
然后，在基板上形成冲洗液的液层。然后，在基板旋转的状态下，向基板上液层的中心部喷出气体。此时，表面张力使液层不分离成多个区域，而是在保持圆环形状的状态一体地向基板的外侧移动。由此，抑制微小液滴的形成，从而能够使基板确实地干燥。因此，能够确实地防止产生残留在基板上的液体所导致的显影缺陷。
根据本发明，基板上的微小液滴的形成得以抑制，从而能够使基板确实地干燥。因此，能够确实地防止残留在基板上的液体所导致的显影缺陷的产生。
附图说明
图1是用于说明基板处理装置的结构的图。
图2是示出了基板处理装置的控制系统的框图。
图3A、图3B、图3C、图3D、图3E分别是分阶段示出了基板的干燥处理的图。
图4A、图4B、图4C分别是用于说明在对基板进行干燥处理时冲洗液的移动的图。
图5是以时间序列示出了基板的转速的图。
图6是示出了液体供给喷嘴以及气体供给喷嘴的其他例的图。
图7是用于说明基板处理装置的其他结构的图。
具体实施方式
下面，利用附图说明本发明的实施方式的基板处理装置及基板处理方法。在以下的说明中，基板是指，半导体衬底、液晶显示装置用基板、等离子显示器用基板、光掩模用玻璃基板、光盘用基板、磁盘用基板、光磁盘用基板、光掩模用基板等。
(1)结构
图1是用于说明本实施方式的基板处理装置的结构的图。在该基板处理装置中，对于实施过曝光处理的基板上的抗蚀膜，实施显影处理。
如图1所示，基板处理装置100具有旋转卡盘21，该旋转卡盘21将基板W保持为水平，并使基板W绕着通过基板W中心的铅垂的旋转轴旋转。
旋转卡盘21固定在由卡盘旋转驱动机构36驱动旋转的旋转轴25的上端。另外，在旋转卡盘21上形成有吸气通道(未图示)，通过在旋转卡盘21上装载有基板W的状态下对吸气通道内部进行排气，将基板W的下表面真空吸附在旋转卡盘21上，从而能够将基板W保持为水平姿势。
在旋转卡盘21的外侧设置有马达60、70。马达60连接有转动轴61。在转动轴61上连结有向水平方向延伸的臂部62，在臂部62的前端设置有液体供给喷嘴65。马达60使转动轴61旋转并使臂部62转动，以使液体供给喷嘴65移动到被旋转卡盘21保持的基板W的上方。
贯穿马达60、转动轴61、臂部62的内部而设置有供给管63。供给管63经由阀Va以及阀Vb而连接至显影液供给源R1以及冲洗液供给源R2。通过控制阀Va、Vb的开闭，能够选择向液体供给喷嘴65供给的处理液，并能够调整其供给量。具体地讲，通过打开阀Va来向液体供给喷嘴65供给显影液，通过打开阀Vb来向液体供给喷嘴65供给冲洗液。冲洗液例如采用纯水。
马达70连接有转动轴71。转动轴71连结有向水平方向延伸的臂部72，在臂部72的前端设置有气体供给喷嘴75。马达70使转动轴71旋转并使臂部72转动，以使气体供给喷嘴75移动到被旋转卡盘21保持的基板W的上方。
贯穿马达70、转动轴71以及臂部72的内部而设置有供给管73。供给管73经由阀Vc连接至气体供给源R3。通过打开阀Vc来向气体供给喷嘴75供给气体。气体例如可采用氮气等非活性气体或空气(Air)。
旋转卡盘21所保持的基板W容置在处理杯23内。在处理杯23的内侧设置有筒状的间隔壁33。另外，包围旋转卡盘21的周围形成有排液空间31，该排液空间31用于排出基板W的处理中使用过的处理液(冲洗液或者显影液)。而且，在处理杯23和间隔壁33之间，包围排液空间31形成有回收液空间32，该回收液空间32用于回收在基板W的处理中使用过的处理液。
在排液空间31连接有排液管34，该排液管34用于将处理液导向排液处理装置(未图示)，而且回收液空间32连接有回收管35，该回收管35用于将处理液导向回收处理装置(未图示)。
在处理杯23的上方设置有挡板24，该挡板24用于防止来自基板W的处理液向外侧飞溅。该挡板24具有相对于旋转轴25旋转对称的形状。在挡板24的上端部的内面，以环状形成有剖面为“く”字状的排液导向槽41。
另外，挡板24的下端部的内面形成有回收液导向部42，该回收液导向部42由向外侧下方倾斜的倾斜面构成。在回收液导向部42的上端附近形成有间隔壁插槽43，该间隔壁插槽43用于接受处理杯23的间隔壁33的插入。
在挡板24上设置有由滚珠螺杆机构等构成的挡板升降驱动机构40。挡板升降驱动机构40使挡板24在回收位置和排液位置之间上下移动，其中，该回收位置是回收液导向部42与被旋转卡盘21保持的基板W的外周端面相对的位置，该排液位置是排液导向槽41与被旋转卡盘21保持的基板W的外周端面相对的位置。在挡板24位于回收位置(图1所示的挡板位置)的情况下，利用回收液导向部42将从基板W向外侧飞溅的处理液导向回收液空间32，并通过回收管35回收。另一方面，在挡板24位于排液位置的情况下，利用排液导向槽41将从基板W向外侧飞溅的处理液导向排液空间31，并通过排液管34排液。在进行显影处理时，根据回收或排出处理液的必要性，适当变更挡板24的位置。
图2是示出了基板处理装置100的控制系统的框图。如图2所示，基板处理装置100具有控制部10。通过控制部10来控制阀Va、Vb、Vc、卡盘旋转驱动机构36、马达60、70以及挡板升降驱动机构40的动作。
(2)动作
接下来，参照图1说明基板处理装置100的动作。在进行显影处理时，液体供给喷嘴65移动到基板W的中心部的上方。然后，在旋转卡盘21使基板W旋转的状态下，液体供给喷嘴65向基板W的中心部喷出显影液。此时，借助伴随着基板W的旋转的离心力，显影液从基板W的中心部向周边部扩散。由此，在基板W上充满显影液。然后，液体供给喷嘴65停止喷出显影液，并使基板W停止旋转。在此状态下，在基板上进行显影处理。
在经过了规定时间后，液体供给喷嘴65向基板W上喷出冲洗液，基板W上的显影处理停止。接着，在基板W高速旋转的状态下，液体供给喷嘴65继续喷出冲洗液，冲洗基板W上的显影液。此外，也可以在基板W停止旋转的状态下进行操作，使得基板W上充满显影液。另外，也可以在基板W停止旋转的状态下冲洗基板上的显影液。
接着，对基板W进行干燥处理。图3A～图3E是分阶段示出了对基板W进行的干燥处理的图。图4A～图4C是用于说明对基板W进行干燥处理时冲洗液的移动的图。图5是以时间序列示出了基板W的转速的图。
在利用冲洗液冲洗掉基板W上的显影液之后，基板W的转速降低。由此，因基板W旋转而被甩出的冲洗液的量减少，并如图3A所示，基板W的整个表面上形成冲洗液的液层L。此外，也可以暂时停止冲洗液的供给以及基板W的旋转，并再次使基板W以低速旋转，以此在基板W上形成液层L，或者，在基板W停止旋转的状态下，也可在基板W上形成液层L。
接着，停止供给冲洗液，并使液体供给喷嘴65退避到规定位置。然后，使基板W的转速上升。此时，作用于液层L的中心部的离心力比作用于周边部的离心力更小。因此，对于液层L的中心部，作用有与作用于周边部的离心力相平衡的张力。由此，液层L不会向外侧飞溅而会保持在基板W上。基板W的转速上升，使得离心力稍大于张力，以此使液层L如图3B所示那样在基板W上保持为周边部厚度变厚且中心部厚度变薄的状态。
接着，气体供给喷嘴75移动到基板W的中心部上方。然后，如图3C所示，气体供给喷嘴75向液层L的中心部喷出气体，从而在液层L的中心部形成孔(Hole)H。由此，与作用于液层L的周边部的离心力相平衡的张力消失。另外，伴随着气体的喷出，基板W的转速进一步上升。由此，如图3D以及图3E所示，液层L向基板W的外侧移动。
此时，如图4A～图4C所示，表面张力使液层L不分离成多个区域，而是以保持圆环形状的状态一体地向基板W的外侧移动。由此，抑制冲洗液的微小液滴的形成，从而能够确实地除去基板W上的液体。
在此，详细说明对基板W进行干燥处理时基板W的转速变化。
如图5所示，在时间段T1内，使基板W以转速S1旋转。转速S1例如为10rpm。在该时间段T1内，向基板W上供给冲洗液。此时，即使基板W处于相对水平面稍微倾斜的状态，也能够在基板W上均匀地形成液层L。此外，只要能够在基板W的整个区域上均匀地形成液层L，则也可以在时间段T1内使基板W的旋转停止。
接下来，在时间段T2内，使基板W以高于转速S1的转速S2旋转。转速S2例如为10～100rpm。由此，液层L向基板W上的整个区域扩散，并借助于表面张力保持在基板W上。
接下来，在时间段T3内，使基板W以高于转速S2的转速S3旋转。转速S3例如为100～1000rpm。在从时间段T2向时间段T3过渡时，向基板W喷出气体。此时，在保持圆环形状的状态下，能够使液层L一体地向基板W的外侧移动。
此外，气体的喷出时机可以是刚从时间段T2过渡到时间段T3之前，也可以是刚过渡到时间段T3之后。另外，气体的喷出时间例如为0.5～8sec。即，可以只在液层L上形成孔H(图6)的短时间内喷出非活性气体，或者，也可以持续地喷出非活性气体，直到从基板W上除去液层L为止。
此外，也可以根据基板W上的抗蚀膜的疏水性或者冲洗液的易润性(例如，接触角)等，适当变更上述基板W的转速。例如，在抗蚀膜的疏水性高的情况下，液层L易分离成多个区域进而形成液滴，所以优先将基板W的转速设定为更加低的速度。
另外，在本实施方式中，如图5所示，基板W的转速分为转速S1、S2、S3的3个阶段上升，但并不仅限定于此，可以分为2个阶段或4个阶段以上进行上升，或者，也可以不分阶段而连续地上升。
(3)本实施方式的效果
如上所述，在基板W上形成液层L，并且使该液层L不分离成多个区域而保持圆环形状的状态一体地向基板W的外侧移动，由此能够防止形成微小液滴。由此，能够确实地除去基板W上的冲洗液。因此，能够确实地防止基板W上残留的液滴所导致的显影缺陷。
(4)其他实施方式
在上述实施方式中，从共用的液体供给喷嘴65喷出显影液以及冲洗液，但也可以分别独立地设置用于喷出显影液的喷嘴和用于喷出冲洗液的喷嘴。另外，这些喷嘴可以采用直线型喷嘴以及狭缝喷嘴等各种各样的喷嘴。
另外，如图6所示，也可以一体设置液体供给喷嘴65和气体供给喷嘴75。此时，在对基板W进行清洗处理时或者进行干燥处理时，无需分别独立地移动液体供给喷嘴65以及气体供给喷嘴75，所以能够使驱动机构变得简单化。
另外，如图7所示，也可以在基板处理装置100内设置层厚传感器80，该层厚传感器80用于检测基板W上的液层L的厚度。层厚传感器80包括投光部80a和受光部80b。此外，在图7中，省略了关于液体供给喷嘴65以及气体供给喷嘴75等的图示。
在图7的基板处理装置100中对基板W进行干燥处理时，通过层厚传感器80来检测形成于基板W上的液层L的中心部附近厚度，并根据该厚度的变化，调整气体的喷出时机以及基板W的转速上升时机。
具体地讲，在基板W上形成了液层L之后，基板W以低转速S2(参照图5)旋转时，若层厚传感器80检测到的液层L的中心部附近厚度变得小于预定的阈值，则向液层L喷出气体，同时基板W的转速上升。
此时，能够在液层L的中心部变得足够薄且使液层L不被离心力分离成多个区域的状态下喷出气体，所以能够确实地在液层L的中心部形成孔H，并在保持圆环形状的状态下使液层L一体地向基板W的外侧移动。由此，能够确实地除去基板W上的冲洗液。
另外，也可以预先建立抗蚀膜的疏水性以及冲洗液的易润性(例如，接触角)等物理参数的数据库，根据该物理参数，自动地适当计算出最佳的气体喷出时机以及最佳的基板W的转速，并基于该计算值来控制各部。
(5)技术方案中的各结构要素和实施方式中的各要素之间的对应关系
下面，对于技术方案中的各结构要素和实施方式中的各要素之间的对应关系的例进行说明，但本发明并不限定于下述的例子。
在上述实施方式中，旋转卡盘21为基板保持装置的例子，卡盘旋转驱动机构36为旋转驱动装置的例子，液体供给喷嘴65为液层形成部的例子，气体供给喷嘴75为气体喷出部的例子，转速S1为第一转速的例子，转速S3为第二转速的例子，转速S2为第三以及第四转速的例子，层厚传感器80为层厚检测器的例子。
作为技术方案的各结构要素，也可以使用具有技术方案中所记载的结构或功能的其他各种要素。

Claims (5)

1.一种基板处理装置，对曝光处理后的基板进行显影处理，其特征在于，
具有：
基板保持装置，其将基板保持为大致水平；
旋转驱动装置，其使上述基板保持装置所保持的基板绕垂直于该基板的轴旋转；
显影液供给部，其向上述基板保持装置所保持的基板上供给显影液；
液层形成部，其通过向上述基板保持装置所保持的基板上供给冲洗液来冲洗掉基板上的显影液，然后在基板上形成冲洗液的液层；
气体喷出部，其在旋转驱动装置驱动旋转基板的状态下，向通过上述液层形成部而形成在基板上的液层的中心部喷出气体。
2.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
在通过上述液层形成部形成液层时，上述旋转驱动装置使基板以第一转速旋转，在通过上述液层形成部形成了液层之后，上述旋转驱动装置使基板的转速分阶段或连续地上升至第二转速，
上述气体喷出部向以第三转速旋转的基板上的液层喷出气体，上述第三转速高于上述第一转速且低于上述第二转速。
3.如权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，
在通过上述液层形成部形成了液层之后且上述气体喷出部喷出气体之前，上述旋转驱动装置使基板在规定时间内维持在第四转速，上述第四转速高于上述第一转速且低于上述第二转速。
4.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
还具有：
层厚检测器，其对通过上述液层形成部而形成在基板上的液层的厚度进行检测；
控制部，其基于上述层厚检测器检测出的液层的厚度，控制由上述旋转驱动装置驱动的基板的转速以及上述气体喷出部喷出气体的时机。
5.一种基板处理方法，其特征在于，
包括：
将基板保持为大致水平的工序；
向所保持的基板上供给显影液的工序；
通过向基板上供给冲洗液来冲洗显影液的工序；
在冲洗掉显影液之后，在基板上形成冲洗液的液层的工序；
使基板旋转，并且向基板上的液层的中心部喷出气体的工序。
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